curva de rotación galáctica

 

  • Además, los análisis del centro de las galaxias de bajo brillo superficial demostraron que las curvas de rotación en el centro de la materia oscura dominaba los sistemas,
    lo que indicó un modelo que difiere del modelo de distribución de masa espacial NFW.19 También llamado problema de concentración de halo de la materia oscura es que requiere un modelado al detalle y un entendimiento de los mecanismos en las
    regiones más interiores de las galaxias.20 Que todavía se acepte la teoría de la materia oscura como una explicación para las curvas de rotación galáctica es porque la evidencia de la materia oscura no proviene únicamente de estas curvas.

  • Mientras que fijar modelos para la densidad del bulbo, el disco y el halo es un proceso bastante complicado, es bastante sencillo realizar un modelo de la rotación de las
    galaxias mediante esta relación.14 Por lo tanto, aplicando las bases de la mecánica newtoniana, mientras que las simulaciones cosmológicas y de formación de galaxias de materia oscura con materia bariónica pueden ser relacionadas con las observaciones
    de galaxias, todavía no hay una explicación clara de por qué existe la relación de escala que se observa.

  • Otra alternativa parecida es la teoría relativista de gravedad modificada (MOG), también conocida como gravedad escalar–tensor–vector (STVG), de John Moffat.23 Brownstein
    y Moffat24 aplicaron la MOG y la MOND al problema de la curva de rotación galáctica y demostraron que se ajusta de manera excelente en una enorme muestra de más de 100 galaxias de bajo brillo superficial (LSB), de alto brillo superficial (HSB)
    y en galaxias enanas.25 Cada ajuste de curva de rotación galáctica fue llevado a cabo sin materia oscura, usando solo los datos fotométricos (materia estelar y gas visible) y un modelo de distribución de masa de dos parámetros que no asumía
    nada respecto al ratio masa-luz.

  • Debido en parte a que la pendiente del modelo de densidad diverge en el centro se han propuesto otros modelos alternativos, por ejemplo, el modelo Einasto que ha demostrado
    ser tan válido o incluso más con ciertas simulaciones de halos de materia oscura.

  • La curva de rotación de una galaxia disco (también llamada curva de velocidad) es la velocidad de rotación de las estrellas observables o el gas en esa galaxia como función
    de su distancia radial al centro de la galaxia, la cual normalmente se representa gráficamente con un diagrama de dispersión en el que la velocidad orbital (en km/s) de las estrellas o el gas en la galaxia se representa en el eje de ordenadas
    y la distancia al centro de la galaxia en el eje de abscisas.

  • Alternativas a la materia oscura Hay varios intentos de resolver el problema de las curvas de rotación galáctica sin usar la materia oscura.

  • Una característica general de las curvas de rotación galácticas que han sido observadas es que la velocidad de rotación de las estrellas y el gas es (dentro de lo que puede
    medirse) constante, independientemente de la distancia al centro de la galaxia (línea B en la figura): se observa que las estrellas orbitan alrededor del centro de estas galaxias a una velocidad rotacional constante en un intervalo grande
    de distancias al centro de cualquier galaxia.

  • Ha sido todo un éxito en las simulaciones de formación de estructuras de gran escala vistas en la distribución de las galaxias y también para explicar la dinámica de grupos
    y clústeres de galaxias.21 La materia oscura también predice correctamente el resultado de las observaciones con lentes gravitacionales, especialmente en el Cúmulo Bala.

  • Si los discos de las galaxias tienen una distribución de masa similar a la distribución de estrellas y gas que se observa, de acuerdo con la mecánica newtoniana, las velocidades
    de las curvas de rotación deberían disminuir en las largas distancias (línea de puntos A de la figura) de la misma forma que ocurre en otros sistemas con la mayoría de su masa en el centro, como por ejemplo el Sistema Solar o las lunas de
    Júpiter, los cuales cumplen con la predicción de las leyes de Kepler.

  • Aunque la materia oscura es, por mayoría, la opción más aceptada para explicar el problema de rotación de las galaxias, existen otras propuestas que han tenido cierto grado
    de éxito.

  • También se observa que las galaxias con una distribución uniforme de materia lumínica tienen una curva de rotación que crece desde el centro hasta el borde, y la mayoría de
    las galaxias de bajo brillo superficial (LSB galaxies) rotan con una curva de rotación que se incrementa desde el centro, lo que indica poco núcleo en el bulbo.

  • Basándose en la mecánica newtoniana y asumiendo, como se creía en un principio, que la mayoría de la masa de la galaxia tenía que estar en el bulbo galáctico cerca del centro,
    La materia (como las estrellas y el gas) en la porción de disco de una espiral debería orbitar el centro de la galaxia de manera similar a como los planetas orbitan el sol en el sistema solar, es decir, que la velocidad orbital media de un
    objeto a una distancia específica lejos de la mayoría de la distribución de masa se reduciría con el cuadrado inverso de la raíz cuadrada del radio de la órbita (la línea discontinua en Fig.

  • Cuando se calcula la masa de las galaxias únicamente a partir de la luminosidad y la relación masa-luz en el disco, y si se asume que las porciones del núcleo de una galaxia
    espiral son aproximados a los de las estrellas, la masa que se deriva de la cinemática de la rotación observable y de la ley de la gravedad no concuerdan.

  • Estas curvas de rotación pueden ser explicadas mediante la mecánica newtoniana si existe una importante cantidad de materia que rodea la galaxia y que no está emitiendo luz
    con la relación masa-luz del bulbo central.

  • Esta discrepancia puede deberse a una gran cantidad de materia oscura que envuelve la galaxia y se extiende hasta el halo galáctico.

  • NO parece que tales correlaciones existan con los datos de que se disponen actualmente.11 Los autores han remarcado, como han hecho otros antes, que “una curva que va cambiando
    ligeramente y de manera logarítmica” para un modelo de densidad también podría acomodar curvas de rotación aproximadamente planas para escalas grandes.

  • Las observaciones de la curva de rotación de las galaxias espirales, por el contrario, no se comportan de esta manera.

  • Modelos de densidad de Halo Para poder acomodar una curva de rotación plana, el modelo de densidad de un ambiente galáctico debe ser diferente de uno que está concentrado
    en la zona central.

  • Del mismo modo, debería existir una correlación entre la velocidad de una galaxia satélite con respecto a la galaxia principal y a la velocidad de rotación del disco de ésta.

  • A la derecha: Una galaxia con una curva de rotación plana.

  • Los resultados MOG fueron comparados con los MOND y eran prácticamente indistinguibles fuera del borde de los datos de la curva de rotación, donde MOND predice una curva de
    rotación plana para siempre, pero MOG predice una eventual vuelta a la ya familiar ley de fuerza gravitacional del cuadrado inverso.

  • Además, investigaciones más detalladas de las curvas de rotación de las galaxias de bajo brillo superficial (LSB galaxies) en la década de los 90 y de su posición en la relación
    Tully-Fisher18 demostraron que las galaxias LSB tienen que tener halo de materia oscura que son más extensos y menos densos que los de las galaxias HSB y por tanto la superficie brillante está relacionada con las propiedades del halo.

  • Esas galaxias enanas dominadas por la materia oscura tienen la clave para resolver el problema de las galaxias enanas de formación de estructuras.

  • Aunque la comunidad astronómica considera que estas alternativas no son tan buenas como la de la materia oscura, los estudios de lentes gravitacionales se han propuesto como
    medios para separar las diferentes teorías.

  • 0:16A la izquierda: Una galaxia con una curva tal como se predijeron antes de conocerse los efectos de la materia oscura.

  • De las posibles alternativas, la más notable es la dinámica newtoniana modificada (MOND), la cual implica modificar las leyes de la gravedad.4 Historia y descripción del problema
    En 1932 Jan Hendrik Oort fue el primero en observar que las estrellas del vecindario solar se movían más rápido de lo que se esperaba cuando se asumía una distribución de masa basada en la materia visible, pero se descubrió más tarde que esta
    observación era errónea en esencia.5 En 1933, Fritz Zwicky propuso “la materia como falta” para ajustar las velocidades orbitales de las galaxias en clústeres.

  • En 1939, Horace Babcock informó en su tesis PhD las observaciones de la curva de rotación de Andrómeda, la que sugirió que la proporción masa-luminosidad incrementa con el
    radio.6 Sin embargo, él mismo atribuyó este fenómeno a la absorción de luz dentro de la galaxia o a una mecánica modificada en las partes exteriores de la espiral y no a una forma de materia faltante.

  • Esto posibilita que la física de la gravedad cambie a gran escala pero, hasta hace poco, no se consideraba una teoría relativista.

  • De hecho, se ha reportado que la lente gravitacional del Cúmulo Bala proporciona la evidencia más actual de la naturaleza de la materia oscura y que proporciona “una evidencia
    en contra de alguna de las versiones más populares de la Dinámica newtoniana modificada (MOND)” cuando se aplica a grandes cúmulos galácticos.30 Más tarde, Milgrom, el que originalmente propuso la, publicó un artículo en línea31 que indica
    que la MOND aplica correctamente para la dinámica de las galaxias fuera de los cúmulos galácticos, y elimina la necesidad de la mayoría de materia oscura en cúmulos, dejando como el doble de materia visible, lo que Milgrom espera que sea simplemente
    materia ordinaria que no se ve en vez de materia oscura fría.

  • Uno de las alternativas más discutidas es MOND (Modified Newtonian Dynamics), propuesta originalmente por Mordehai Milgrom como una explicación fenomenológica atrás en 1983
    pero que ha resultado tener una buena capacidad de predicción en las curvas de rotación galáctica.

  • La existencia de materia oscura fría no bariónica (CDM) es a día de hoy una importante característica del modelo Lambda-CDM que describe la cosmología del universo.

  • Una manera consistente de predecir la velocidad rotacional de una galaxia espiral es medir su luminosidad bolométrica y luego extrapolar su curva de rotación a partir de su
    localización en el diagrama de Tully-Fisher.

  • En vez de eso, las curvas no se reducen con la relación inversa de la raíz cuadrada como se espera aplicando la mecánica newtoniana, sino que se mantienen “planas”, es decir,
    fuera del bulbo central la velocidad rotacional es casi constante (la línea continua de la Fig.

  • Este modelo se ajusta bastante al modelo de la esfera isotérmica donde si v(r) es aproximadamente constante entonces la densidad de algún “radio del núcleo” interior donde
    la densidad baja hasta una constante.

 

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