Contando las galaxias enanas de la Vía Láctea

• Títle:  The total satellite population of the Milky Way
• Autores:  O. Newton, M. Cautum, A. Jenkins, C. S. Frenk and J. C. Helly
• Institución del primer autor:  Institute of Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK
• Estado:  Enviado a MNRAS, acceso abierto
• Astrobite original: Counting the Dwarf Galaxies in the Milky Way, por Stacy Kim

Imagen destacada: Este maravilloso mapa fue creado con el primer año de datos del telescopio Gaia. Abajo a la derecha, se pueden ver las galaxias enanas más grandes de la Vía Láctea, la Grande y la Pequeña nube de Magallanes. ¡Si miras de cerca, podrás encontrar las 11 enanas originales! Para más información sobre la imagen, entra aquí. Crédito: ESA/Gaia/DPAC.

Nuestra galaxia de origen, la Vía Láctea, está rodeada por pequeñas galaxias “enanas”. Los astrónomos están obsesionados con contar cuántas existen. ¿Por qué? En los años 1990, nos dimos cuenta que la visión prevaleciente de nuestro universo, como un compuesto principalmente de energía oscura y materia oscura, llamado LCDM para abreviar, predice que la Vía Láctea debería estar rodeada por una vasta horda de al menos cien galaxias enanas. Pero, perplejamente, vimos solo 11 galaxias enanas. Esta gran discrepancia ha alimentado mucha consternación y muchos artículos, y ha sido llamada  el “gran problema de las satélites faltantes“.

Desde entonces, se ha encontrado que no todos los satélites hallados en las simulaciones forman galaxias brillantes que podamos detectar. Las satélites más pequeñas, en particular, no pueden retener suficiente gas frío (el material del cual nacen las estrellas) para formar suficientes estrellas para hacer la galaxia detectable. Adicionalmente, mayores y mejores telescopios que escanean amplias porciones del cielo han encontrado más galaxias enanas. El Sloan Digital Sky Survey (SDSS) encontró al menos 20 nuevas satélites, elevando el total hasta unas 30. El sondeo en curso Dark Energy Survey (DES), el cual explora los cielos del sur, ha encontrado casi 20 más. Descubrimientos adicionales por otros sondeos han subido el número hasta unas 55 (un incremento drástico desde las 11 originalmente conocidas, pero aun lejos de 100).

Pero los sondeos han apuntado a una solución. Ambos, SDSS y DES solo obsevaron una parte del cielo (SDSS cubrió cerca de un tercio, y DES eventualmente cubrirá un décimo del cielo). Entonces, ¿qué pasa si hay más en las regiones en las que no hemos mirado? Además, a  pesar de que ambos sondeos fueron poderosos, solo podían ver las enanas menos brillantes si estaban cerca. Mientras que la Vía Láctea tiene unos 300 kilopársecs  de tamaño, solo podemos ver las enanas menos brillantes a unos 30 a 40 kilopársecs de nosotros (solo cerca del 0.1% del volumen completo de la Vía Láctea). Para determinar el veradero número de enanas en la Vía Láctea, los autores del artículo de hoy intentaron compensar el número que no podemos ver. Esto se llama una “corrección de completitud”.

Para lograr esto, los autores acudieron al Aquarius Project, una suite de simulación con seis modelos de la Vía Láctea, cada uno corrido con solo materia oscura, y por tanto sin el disco brillante de estrellas y gas que constituye la porción visible familiar de la Galaxia (la cual solo aporta un quinto de la masa, de todas formas). Para cada modelo, hicieron una lista de todas las galaxias satélites que pudieron encontrar. Los autores corrigieron estas listas por un par de procesos físicos que las simulaciones no incluían. Las satélites que orbitan la Vía Láctea suelen perder masa debido al mayor tirón gravitacional de la Vía Láctea. Esto puede causar que las satélites caigan por debajo de la resolución de la simulación, y desaparezcan artificialmente. El disco no simulado de la Vía Láctea puede desgarrar severamente satélites hasta el punto en que son destruidos. Los autores consideraron cómo tener en cuenta esta física, y cuidadosamente sumaron o restaron satélites para compensar.

Con las listas de satélites en mano, pudieron finalmente empezar sus correcciones de completitud. Por cada galaxia que hemos observado con SDSS y DES, los autores determinaron en qué tanto del volumen de la Vía Láctea podríamos verla, y preguntaron: “¿Qué tan lejos necesitamos llegar en la lista de satélites antes de ver una en ese volumen?” Tras pasar por cada galaxia observada, obtuvieron el total global. Los autores repitieron este ejercicio, aleatorizando la lista de galaxias simuladas cada vez por cada una de las 6 vías lácteas simuladas para poder determinar un rango razonable para el verdadero número de satélites.

Figura 1: El número de galaxias enanas alrededor de la Vía Láctea. El número que ha sido observado como función del brillo de las galaxias se muestra como la línea negra a trazos, mientras que el número que los autores extrapolan usando enanas observadas por SDSS y DES se muestran mediante la línea púrpura. Las extrapolaciones con solo SDSS o solo DES se muestran mediante las líneas punteadas azul y verde respectivamente. Tomada del artículo científico original.

¿Y qué encontraron? La Vía Láctea debería albergar unas 108 a 195 enanas en total. Parece entonces que el problema de las satélites faltantes podría no ser tan malo después de todo. Con futuros sondeos cubriendo el cielo entero, como el Large Synoptic Survey Telescope  (LSST) llegando pronto, estamos cerca de ser capaces de medir (en lugar de extrapolar) el número total de satélites de la Vía Láctea, y determinar de una vez por todas si realmente existe el problema de las satélites faltantes.