Imagina que estás disfrutando de una tranquila tarde de verano en la orilla del mar Mediterráneo. No muy lejos de ti, algunos niños están amontonando arena con una pala. No les importa la forma que está tomando el montón, así que uno esperaría simplemente un montón amorfo de arena. Para tu asombro, ese no es el caso, sorprendentemente se está construyendo un largo y ordenado muro. Por supuesto, este es solo un ejemplo tonto, pero ¿qué pensarías si te dijera que algo 'similar' está sucediendo en nuestra Vecindad Cósmica?
Según el paradigma cosmológico actual, el modelo lambda de materia oscura fría (ΛCDM), la materia se distribuye en el Universo formando una red parecida a una esponja caracterizada por paredes y filamentos (regiones donde abunda la materia), así como vacíos (regiones desprovistas de materia). De hecho, esto es exactamente lo que observamos, lo cual es una de las principales predicciones de este modelo. Pero esto es solo el comienzo. A medida que esta estructura a gran escala se forma con el tiempo, las galaxias nacen en las partes más densas a través de la fusión violenta y la acreción de sistemas más pequeños, las galaxias enanas (ver figura 1). En este escenario, algunas galaxias enanas ya han sido destruidas y sus escombros ahora forman parte de galaxias masivas. Sin embargo, algunas otras todavía sobreviven, orbitando su galaxia huésped masiva.
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| Figura 1: Instantánea de una de las simulaciones cosmológicas más
grandes y detalladas, la simulación EAGLE. En esta imagen podemos ver
cómo la materia y las galaxias enanas se fusionan violentamente para
formar un sistema más masivo. Las galaxias masivas que observamos en la
actualidad se formaron a través de este proceso. Crédito: Colaboración
Eagle. |
Dos de estas galaxias masivas son la galaxia de Andrómeda y nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Estas galaxias, como era de esperar, albergan una miríada de galaxias enanas a su alrededor. Sin embargo, parecen peculiares... volvamos a mi ejemplo tonto. Si los niños arrojan arena al montón de manera aleatoria, ese montón no adquiriría una forma bien definida, sino una forma amorfa. Del mismo modo, si la materia y las galaxias enanas son acrecionadas hacia una galaxia central violentamente sin una dirección privilegiada, las galaxias enanas sobrevivientes no deberían estar ordenadas en el espacio, sino distribuidas caóticamente. De hecho, esta es otra predicción del modelo cosmológico ΛCDM; las galaxias enanas alrededor de sistemas masivos deberían mostrar una distribución casi isotrópica (propiedades similares sin importar hacia dónde mires). Sin embargo, ambas galaxias, no solo albergan galaxias enanas que están distribuidas en un plano, ¡también giran alrededor del mismo eje (como los planetas alrededor del Sol)! (refs. 1 y 2)
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| Figura 2: Distribución observada de galaxias satélite alrededor de la
galaxia de Andrómeda. En azul, galaxias que se acercan a nosotros y en
rojo, galaxias que se alejan de nosotros con respecto a Andrómeda.
Podemos ver claramente cómo estas galaxias enanas forman un plano y
muestran signos de rotación coherente. Créditos: Pawlowski et al. 2021
(ref. 3). |
Dadas las implicaciones cosmológicas de estos hallazgos, se está poniendo cada vez más esfuerzo en tratar de arrojar algo de luz sobre el tema. En un estudio reciente publicado en The Astrophysical Journal (ApJ), un grupo de científicos del Instituto Leibniz de Astrofísica analizó los movimientos alrededor de la galaxia de Andrómeda de dos de sus satélites más importantes, NGC185 y NGC147 (ref. 3). Ambas galaxias enanas, ubicadas justo en el plano, tenían movimientos inciertos que ahora han sido medidos con precisión por este equipo. Ambos sistemas claramente rotan con el resto de los satélites en el llamado Gran Plano de Andrómeda (ver figura 2). A medida que se acumulan pruebas, surge una pregunta importante: ¿está equivocado el modelo cosmológico actual?
Algunos científicos se aventuran a decir que nuestro vecindario cósmico es atípico y, por lo tanto, no debería usarse para probar la cosmología. Pero, ¿qué sucedería si nos alejamos de nuestro vecindario local? Esta es la pregunta que motivó, hace algunos años, a un grupo de astrofísicos a explorar la población de satélites de una galaxia elíptica gigante (no tan local), Centaurus A (ref. 4). ¿Qué descubrieron? ¿Qué piensas? Una vez más, sus satélites enanos orbitan de manera ordenada formando un plano de satélites. Después de todo, parece que los sistemas de satélites en co-rotación son más comunes en el universo de lo que pensábamos. Afortunadamente, tenemos modelos. Podemos simular universos ficticios en computadoras. ¿Qué nos dicen las simulaciones cosmológicas sobre este problema?
Bueno, a primera vista, la situación parece empeorar. Las comparaciones con la simulación IllustrisTNG (una de las vastas simulaciones de universos de gran volumen capaces de simular enanos orbitando galaxias masivas) muestran que las galaxias que albergan planos de satélites son realmente raras, solo 1 de cada 1000 muestra características similares a las que se han observado ya tres veces, en la Vía Láctea, Andrómeda y Centaurus A.
Afortunadamente, parece haber luz al final del túnel. A medida que aparecen simulaciones más detalladas y precisas (todas dentro del paradigma ΛCDM) con mejores indicaciones sobre cómo simular la materia visible (así como la materia oscura), los planos de satélites comienzan a volverse más comunes en las simulaciones (ref. 5). Dijimos que, según el ΛCDM, la materia se distribuye en paredes y filamentos, ¿verdad? Bueno, esas paredes son estructuras planas y los satélites acrecionados deberían seguir esa estructura a gran escala. Si esta acreción ordenada se mantiene a lo largo del tiempo y a un ritmo sostenible (no extremadamente violento), entonces puedes terminar con una galaxia anfitriona rodeada por un plano de satélites en co-rotación (como se observa en la Vía Láctea, Andrómeda y Centaurus A).
Entonces, después de todo, parece que nuestro preciado modelo cosmológico ΛCDM, que es capaz de reproducir tantos aspectos observacionales, sobrevivirá a esta dura prueba también. De hecho, podemos considerar este modelo como uno de los grandes logros de la astrofísica moderna. Sin embargo, está (y estará) constantemente siendo desafiado... hasta ahora, ¡misión cumplida! ¡Veamos qué nuevos desafíos y pruebas tendrá que enfrentar ΛCDM!
