No hay problema de galaxias satélite faltantes

• Título del artículo original: No hay problema de las satélites faltantes
• Autores: Stacy Y. Kim, Annika H. G. Peter, Jonathan R. Hargis.
• Institución del primer autor: Department of Astronomy, The Ohio State University
• Estado de la publicación: Subido a arXiv en diciembre 2017.

Una de las predicciones del modelo estándar de cosmología (CDM por sus siglas en Inglés) es que la materia oscura, que se aglomera en halos, crece de forma jerárquica mediante colisiones con otros halos que en su mayoría más pequeños. Así, el halo de materia oscura de la Vía Láctea debería tener en su interior halos más pequeños denominados subhalos. Dentro de estos subhalos deberían existir galaxias enanas llamadas satélites.

Es crucial encontrar observacionalmente el número de galaxias satélites de la Vía Láctea para poder compararlo con el número de subhalos satélites de la Vía Láctea obtenidos en simulaciones. De esta forma se comprobarían las predicciones del modelo cosmológico estándar. El modelo predice que una galaxia de la masa de la Vía Láctea (cuya masa tiene una incertidumbre de factor de 2) debería tener alrededor de 200-300 subhalos. Sin embargo, solo se han observado alrededor de 50 galaxias satélite, en su mayoría por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) y el Dark Energy Survey (DES). La discrepancia entre el número de galaxias observadas con el número de subhalos predichos es conocida como el problema de galaxias satélite faltantes y ha sido discutido en varios astrobitos anteriores.

Sin embargo, es crucial comparar apropiadamente las observaciones con las predicciones de las simulaciones. Las mismas, usualmente predicen el número total de subhalos de materia oscura existente dentro del halo de materia oscura de la Vía Láctea, mientras que observacionalmente, los sondeos de galaxias satélite se limitan a ciertas regiones del cielo en donde tienen cobertura SDSS y DES. Estos sondeos no han observado el volumen completo del halo de materia oscura de la Vía Láctea y además carecen de la sensibilidad para observar las galaxias satélites menos luminosas. Por lo tanto, hay que comparar una muestra incompleta de galaxias observadas con una muestra completa de galaxias simuladas.

En el artículo de hoy, los autores hacen esta comparación. Para esto, realizan una estimación de cuál ha sido el volumen que SDSS ha observado teniendo en cuenta la sensibilidad de este instrumento. Dicha estimación es conocida como corrección de completitud. Los autores calcularon la distancia a la cual galaxias con luminosidades mayores a SEGUE I (la galaxia enana satélite más tenue descubierta hasta el momento) han sido detectadas con el SDSS y asumiendo una distribución isotrópica de las galaxias satélite estimaron cuál sería el número total de galaxias satélite en la Vía Láctea.

Figura 1: Número de galaxias después de haber hecho la corrección de completitud. En los rectángulos de colores se muestra el número de galaxias satélite estimadas usando cinco distribuciones radiales de galaxias satélites diferentes. Las predicciones de las simulaciones son ilustradas por las líneas verticales negras. El borde sombreado de los rectángulos representan las incertidumbre en el número estimado. Para
cuatro de los modelos el número de galaxias satélite es consistente en las simulaciones y en las observaciones. Solo el modelo que incluye destrucción de subhalos por fuerzas de marea del disco sobre predice el número de galaxias satélite.

En la figura 1 se muestra en bandas de colores el número total de galaxias satélite que debería tener la Vía Láctea usando la corrección de completitud calculada con las observaciones de SDSS. Los diferentes colores ilustran el resultado asumiendo que las galaxias satélite tienen cinco distribuciones radiales diferentes. El número de galaxias predichas por las simulaciones se muestra con las tres líneas negras verticales. Cada una de estas mostrando diferentes relaciones entre la masa del subhalo de materia oscura y la
masa estelar de la galaxia. Para casi todas las diferentes distribuciones radiales de galaxias satélite, se encuentra que el número de galaxias que deberían existir en la Vía Láctea es consistente con el número de galaxias satélite predichas por las simulaciones. Sólo en el modelo que incluye el efecto que los subhalos sean destruidos (por fuerzas gravitacionales provenientes del disco), el número de satélites en las simulaciones es menor que el número predicho por las observaciones. Por esta razón los autores aseguran que no el problema de las satélites faltantes está resuelto. Los resultados de este artículo son consistentes con correcciones de completitud estimadas en otros trabajos y explicados en otros astrobitos.

Aún muchas galaxias satélite quedan por descubrir y más aún las que son más tenues. Futuros sondeos como el Large Synoptic Survey Telescope (LSST) , destinado a observar todo el hemisferio sur con una sensibilidad sin precedente; debería descubrir muchas más en la siguiente década. ¡Solo hasta entonces podremos estar seguros de que las predicciones son ciertas!