Sin rastro de halos de materia oscura

imagen: La galaxia enana NGC1427A vuela a través del cúmulo de galaxias de Fornax y sufre perturbaciones que no serían posibles si esta galaxia estuviera rodeada por un halo de materia oscura pesado y extenso, como requiere la cosmología estándar.
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Crédito: ESO

Las galaxias enanas son galaxias pequeñas y tenues que generalmente se pueden encontrar en cúmulos de galaxias o cerca de galaxias más grandes. Debido a esto, podrían verse afectados por los efectos gravitatorios de sus compañeros más grandes. “Presentamos una forma innovadora de probar el modelo estándar basado en la cantidad de galaxias enanas que son perturbadas por las ‘mareas’ gravitatorias de galaxias cercanas más grandes”, dijo Elena Asencio, estudiante de doctorado en la Universidad de Bonn y autora principal de la historia. Las mareas surgen cuando la gravedad de un cuerpo atrae de manera diferente a diferentes partes de otro cuerpo. Son similares a las mareas en la Tierra, que surgen porque la Luna tira con más fuerza del lado de la Tierra que mira hacia la Luna.

El cúmulo de Fornax tiene una rica población de galaxias enanas. Observaciones recientes muestran que algunas de estas enanas aparecen distorsionadas, como si hubieran sido perturbadas por el entorno del cúmulo. “Tales perturbaciones en las enanas de Fornax no se esperan según el modelo estándar”, dijo Pavel Kroupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Charles de Praga. “Esto se debe a que, según el modelo estándar, los halos de materia oscura de estos los enanos deberían protegerlos en parte de las mareas provocadas por el cúmulo”.

Los autores analizaron el nivel esperado de perturbación de las enanas, que depende de sus propiedades internas y su distancia al centro del cúmulo gravitacionalmente poderoso. Las galaxias con tamaños grandes pero masas estelares bajas y las galaxias cercanas al centro del cúmulo se perturban o destruyen más fácilmente. Compararon los resultados con su nivel observado de perturbación evidente a partir de fotografías tomadas por el VLT Survey Telescope del Observatorio Europeo Austral.

“La comparación mostró que, si uno quiere explicar las observaciones en el modelo estándar” – dijo Elena Asencio – “las enanas de Fornax ya deberían estar destruidas por la gravedad desde el centro del cúmulo incluso cuando las mareas que levanta sobre una enana son sesenta y cuatro veces más débil que la propia gravedad del enano. Esto no solo es contrario a la intuición, dijo, sino que también contradice estudios previos, que encontraron que la fuerza externa necesaria para perturbar una galaxia enana es aproximadamente la misma que la propia gravedad de la enana.

Contradicción con el modelo estándar

A partir de esto, los autores concluyeron que, en el modelo estándar, no es posible explicar las morfologías observadas de los enanos de Fornax de manera autoconsistente. Repitieron el análisis utilizando la dinámica milgromiana (MOND). En lugar de asumir halos de materia oscura que rodean a las galaxias, la teoría MOND propone una corrección de la dinámica newtoniana mediante la cual la gravedad experimenta un impulso en el régimen de bajas aceleraciones.

“No estábamos seguros de que las galaxias enanas pudieran sobrevivir en el entorno extremo de un cúmulo de galaxias en MOND, debido a la ausencia de halos protectores de materia oscura en este modelo, admitió el Dr. Indranil Banik de la Universidad de St Andrews, “pero nuestros resultados muestran un notable acuerdo entre las observaciones y las expectativas de MOND para el nivel de perturbación de las enanas de Fornax”.

“Es emocionante ver que los datos que obtuvimos con el telescopio de exploración VLT permitieron una prueba tan exhaustiva de los modelos cosmológicos”, dijeron Aku Venhola de la Universidad de Oulu (Finlandia) y Steffen Mieske del Observatorio Europeo Austral, coautores de el estudio.

Esta no es la primera vez que un estudio que prueba el efecto de la materia oscura en la dinámica y evolución de las galaxias concluye que las observaciones se explican mejor cuando no están rodeadas de materia oscura. “La cantidad de publicaciones que muestran incompatibilidades entre las observaciones y el paradigma de la materia oscura sigue aumentando cada año. Es hora de comenzar a invertir más recursos en teorías más prometedoras”, dijo Pavel Kroupa, miembro de las Áreas de Investigación Transdisciplinaria “Modelado” y “Materia”. ” en la Universidad de Bonn.

El Dr. Hongsheng Zhao de la Universidad de St Andrews agregó: “Nuestros resultados tienen importantes implicaciones para la física fundamental. Esperamos encontrar más enanas perturbadas en otros cúmulos, una predicción que otros equipos deberían verificar”.

Instituciones participantes y financiación:

Además de la Universidad de Bonn, el estudio involucró a la Universidad de Saint Andrews (Escocia), el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Universidad de Oulu (Finlandia) y la Universidad Charles en Praga (República Checa). El estudio fue apoyado por la Universidad de Bonn, el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido y el Servicio Alemán de Intercambio Académico.

Publicación: Elena Asencio, Indranil Banik, Steffen Mieske, Aku Venhola, Pavel Kroupa & Hongsheng Zhao: La distribución y morfologías de las galaxias enanas del cúmulo de Fornax sugieren que carecen de materia oscura. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society; https://doi.org/10.1093/mnras/stac1765 / https://arxiv.org/abs/2208.02265


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