M4 Dinamica Galactica

Tópico

El protagonista de este modelo es la galaxia, entendida como un sistema en rotación sostenido por una masa que resulta, en su mayor parte, invisible.

La curva de rotación del disco de esa galaxia se mantiene prácticamente plana a grandes radios, en lugar de decrecer como lo haría si solo la masa visible del disco sostuviera esa rotación. Que la curva se mantenga plana en vez de caer hace que esa misma planitud se convierta en la evidencia cinemática más directa de que un halo de materia oscura envuelve a la galaxia entera.

El disco estelar de la galaxia sigue, por su parte, un perfil de densidad que decae de forma exponencial con el radio, mientras que el perfil de densidad del propio halo oscuro, tal como lo predicen las simulaciones de muchos cuerpos, decae de un modo mucho más suave cerca del centro de la galaxia que lejos de él, donde esa misma caída se vuelve mucho más pronunciada: dos regímenes claramente distintos dentro de un mismo halo.

El teorema virial, aplicado ahora a galaxias elípticas y a cúmulos globulares en vez de a un único disco, permite estimar la masa total de cada uno de esos sistemas a partir de la dispersión de velocidades que se observa entre sus estrellas miembro.

Esa misma materia oscura representa, a escala del universo entero, cerca de una cuarta parte de su contenido energético total, y domina la masa de las galaxias y de los cúmulos de galaxias muy por encima del ochenta por ciento. Las evidencias que apuntan a su existencia son múltiples e independientes entre sí: las curvas de rotación planas de galaxias como la que abre este documento, la dispersión de velocidades dentro de los cúmulos, la deflexión de la luz por lentes gravitacionales —que revela toda la masa presente, incluida la que resulta invisible—, la separación observada entre el gas y la masa total tras la colisión de dos cúmulos de galaxias, y las propias fluctuaciones del fondo cósmico de microondas.

El candidato de partícula más discutido para explicar esa materia oscura, una partícula masiva que interactúa débilmente, tiene una sección eficaz de aniquilación que coincide, de forma llamativa, con el valor que naturalmente reproduce la abundancia de materia oscura que se observa hoy, una coincidencia a la que se suele llamar el milagro de esa partícula. Las lentes gravitacionales débiles son hoy la herramienta principal para mapear cómo se distribuye esa materia oscura a escala cosmológica. Así, desde la galaxia con la que arranca este documento hasta ese mapeo a escala cosmológica con el que termina, pasando por la curva de rotación plana, el halo oscuro y el teorema virial, la dinámica galáctica hace que una misma masa invisible sostenga, con la misma lógica, tanto la rotación de una única galaxia como la estructura del universo entero.

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