Eridanus II

Galaxia enana satelital de la Vía Láctea de bajo brillo en la constelación Eridanus

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Galaxia Enana Eridanus II
Datos de observación ( época J2000 )
Constelación	Eridanus
Ascensión recta	03 h 44 min 20,1 s ( Crnojević et al., 2016 )
Declinación	−43 ° 32 ′ 01.7 ″ ( Crnojević et al., 2016 )
Distancia	1190 ± 55 kly (366 ± 17 kpc ) ( Crnojević et al., 2016 )
Caracteristicas
Escribe	dSph [1]
Tamaño aparente  (V)	4.6 arcmin ( Crnojević et al., 2016 )
Características notables	contiene un cúmulo globular ubicado en el centro
Otras designaciones
Eridanus 2 ( Koposov et al. 2015 ), DES J0344.3-4331 ( Bechtol et al., 2015 ).

La Enana Eridanus II es una galaxia enana de bajo brillo superficial en la constelación de Eridanus . Eridanus II fue descubierto de forma independiente por dos grupos en 2015, utilizando datos de Dark Energy Survey ( Bechtol et al., 2015 ; Koposov et al. 2015 ). Esta galaxia es probablemente un satélite distante de la Vía Láctea . Li et al., 2016 . Eridanus II contiene un cúmulo globular ubicado en el centro ; y es la galaxia más pequeña y menos luminosa que se sabe que contiene un cúmulo globular. Crnojević et al., 2016 . Eridanus II es significativo, en un sentido general, porque la cosmología Lambda CDM, ampliamente aceptada, predice la existencia de muchas más galaxias enanas de las que se han observado hasta ahora. La búsqueda de esos cuerpos fue una de las motivaciones de las observaciones en curso del Dark Energy Survey . Eridanus II tiene un significado especial debido a su cúmulo globular aparentemente estable. La estabilidad de este cúmulo, cerca del centro de una galaxia tan pequeña y difusa, impone limitaciones a la naturaleza de la materia oscura . Brandt 2016 .

Descubrimiento e historia de observaciones

Desde finales del siglo XX, las cosmologías más aceptadas se han construido sobre los cimientos del modelo ΛCDM que, a su vez, se basa en los cimientos de las cosmologías del Big Bang de las décadas de 1960 y 1970. En los términos más simples, ΛCDM agrega energía oscura (Λ) y materia oscura fría (CDM) al Big Bang para explicar las principales características del universo que observamos hoy. ΛCDM describe un universo cuya masa está dominada por materia oscura. En un universo así, las galaxias podrían considerarse como acumulaciones de materia normal ( bariónica ) sobre las mayores concentraciones de materia oscura. Sin embargo, ΛCDM no predice ninguna escala particular de concentraciones de CDM ( Koposov et al. 2015 ;Besla et al., 2010: 5 ). De hecho, sugiere que debería haber decenas o cientos de cuerpos de materia oscura más pequeños para cada galaxia observable del tamaño de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea ( Koposov et al. 2015 ; Bechtol et al., 2015 ). Estos deberían contener mucha menos materia bariónica que una galaxia "normal". Por lo tanto, deberíamos observar muchas galaxias satélite muy tenues alrededor de la Vía Láctea.

Sin embargo, hasta aproximadamente 1990, solo se conocían unos 11 satélites de la Vía Láctea ( Pawlowski et al., 2015 ; Bechtol et al., 2015 ). La diferencia entre el número de satélites conocidos y el número esperado en ΛCDM se denomina problema de "enano perdido" o "subestructura". ^[2] Simon y Geha (2007) también discuten varios "arreglos" cosmológicos y astrofísicos que podrían reconciliar la teoría y la observación sin requerir una gran cantidad de nuevas galaxias enanas. Se han realizado esfuerzos para determinar si se podría observar la población prevista de galaxias satélites débiles, y ahora se están informando muchos satélites enanos nuevos. Uno de los esfuerzos actuales más notables es el Dark Energy Survey(DES), que hace un uso extensivo de uno de los telescopios chilenos de nueva generación, el instrumento Blanco de 4 m en el Observatorio Interamericano Cerro Telolo ( Bechtol et al., 2015: 1 ). A principios de 2016, los resultados han sido prometedores, con más de una docena de nuevas galaxias satélite observadas e informadas.

Eridanus II es uno de estos satélites recién descubiertos. El descubrimiento fue realizado de forma independiente por dos grupos que trabajaban a partir de los datos de DES, y sus resultados se publicaron simultáneamente en 2015 ( Bechtol et al. 2015 ; Koposov et al., 2015 ). El grupo DES y un tercer grupo de investigadores realizaron observaciones de seguimiento más detalladas a fines de 2015, utilizando ambos instrumentos Magellan en Las Campanas, Chile. Estas observaciones incluyeron datos espectrales más detallados y también se centraron en el cúmulo globular central de Eridanus II ( Crnojević et al., 2016 ; Zaritsky et al., 2016 ; Li et al., 2016 ). Finalmente, Crnojević et al. (2016)también realizó observaciones a principios de 2016 utilizando el radiotelescopio Byrd Green Bank en Green Bank, West Virginia, EE. UU. Se han obtenido datos adicionales de un reexamen de estudios de radiotelescopios más antiguos que incluían la región del cielo ocupada por Eridanus II ( Westmeier et al., 2015 ).

Propiedades

Localización

Eridanus II se encuentra en lo profundo del cielo del sur. Dado que Eridanus II es un objeto difuso y tenue, esparcido por varios minutos de arco del cielo, su posición no puede establecerse con gran precisión. Las observaciones más detalladas son probablemente las de Crnojević et al. (2016) , quienes reportan (J2000) coordenadas celestes de RA 3h 44m 20.1s (56.0838 °) y Dec −43 ° 32 '0.1 "(−43.5338 °). Estas corresponden a coordenadas galácticas de l = 249.7835 °, b = - 51.6492 ° Por lo tanto, si estuviéramos parados en el plano galáctico en la posición de nuestro sol, mirando hacia el centro de nuestra galaxia, Eridanus II estaría a nuestra derecha y debajo de nosotros, aproximadamente a la mitad del cielo desde la horizontal.

La distancia a Eridanus II se ha estimado utilizando una variedad de métodos. Todos se basan en ajustar las estrellas observadas a una curva (una isócrona ) en un diagrama de magnitud de color (CMD), y luego comparar la luminosidad de las estrellas de la galaxia objetivo con la luminosidad de las estrellas de posiciones equivalentes en el CMD en galaxias de distancia conocida. , después de varias correcciones para la edad estimada y la metalicidad (derivadas en parte del proceso de ajuste de curvas). Véase, por ejemplo, Sand et al. (2012) . Los resultados han sido bastante consistentes: 330 kpc (1076 kly ) ( Bechtol et al., 2015 ), 380 kpc (1238 kly) ( Koposov et al., 2015) y 366 ± 17 kpc (1193 ± 55 kly) ( Crnojević et al., 2016 ). Cualquiera que sea el valor exacto de la distancia, Eridanus II es el más distante de los cuerpos conocidos actualmente que son probablemente satélites de la Vía Láctea ( Id. ).

Velocidad

Determinar si Eridanus II es, de hecho, una galaxia satélite depende en parte de la comprensión de su velocidad. Li y col. (2016) han asumido recientemente esa desafiante serie de mediciones. La mayor parte de la dificultad se relaciona con el hecho de que, si bien Eridanus II es distante en términos astronómicos, está demasiado cerca en términos cosmológicos. No solo son los corrimientos al rojo espectralesbastante pequeña a esta distancia, pero la galaxia no puede tratarse como un objeto puntual. Li y col. se vieron obligados a mirar los espectros de estrellas individuales, que se movían entre sí a velocidades no mucho menores que las de Eridanus II con respecto a los observadores, que también se movían a velocidades apreciables alrededor del centro de la Tierra. , el Sol y el centro de nuestra propia galaxia. A pesar de estas dificultades, Li et al. Pudimos obtener una distribución muy ajustada de velocidades centradas en 75,6 km / seg en una dirección alejada de nosotros. Sin embargo, dado que la rotación del sol alrededor del centro de la Vía Láctea nos está alejando casi directamente de Eridanus II (es decir, hacia la izquierda del observador descrito anteriormente), el movimiento de Eridanus II en realidad lo está llevando haciael centro de nuestra galaxia a aproximadamente 67 km / seg ( Li et al., 2016: 5, Tabla 1 ).

Si bien estas observaciones resuelven el problema de la velocidad radial, el movimiento de Eridanus II hacia el centro de nuestra galaxia, no pueden resolver el problema de la velocidad transversal, movimiento en ángulo recto con la línea entre Eridanus II y la Vía Láctea. Es decir, no podemos determinar si Eridanus II está orbitando la Vía Láctea o simplemente moviéndose en su dirección desde fuera del sistema. Li y col. (2016: 7-8)informan que Eridanus II no exhibe una "cola" o gradiente de estrellas de velocidad más baja (o más alta) en una dirección particular, lo que podría dar una pista de la velocidad transversal de esa galaxia. Sin embargo, señalan que un objeto similar a Eridanus II necesitaría una velocidad total de unos 200 km / seg para escapar de la captura de la Vía Láctea. Dada su velocidad radial de 75 km / seg, Eridanus II necesitaría una velocidad transversal de unos 185 km / seg para evitar la captura, ciertamente posible, pero no probable. Además, apuntan a los resultados de estudios de simulación detallados del Grupo Local ( Garrison-Kimmel et al., 2014 ). Se determinó que todos los objetos situados de manera similar a Eridanus II en estas simulaciones eran satélites de la Vía Láctea ( Li et al. (2016: 8) ). ^[3]Por razones que se discutirán en la sección final, la mayoría de los investigadores creen ahora que Eridanus II es un satélite de la Vía Láctea de un período extremadamente largo (es decir, varios miles de millones de años por órbita), que probablemente comienza solo su segundo acercamiento a nuestra galaxia.

Eridanus II se mueve hacia el centro de la Vía Láctea a 67 km / seg. Sin embargo, aplicando el valor actual de la constante de Hubble ( es decir, aproximadamente 76 km / seg / Mpc), el espacio entre las dos galaxias también aumenta a aproximadamente 26 km / seg. También se cree que la constante de Hubble cambia con el tiempo, por lo que la dinámica orbital en la escala de megaparsecs y miles de millones de años no puede calcularse simplemente usando la ley de gravitación de Newton . Además, debe tenerse en cuenta la velocidad del retardo de la luz. Las medidas de velocidad de Li et al. (2016)hizo uso de la luz emitida por Eridanus II hace aproximadamente un millón de años. En el momento actual, Eridanus II está probablemente a solo 300 kpc de distancia (frente a los 380 kpc observados) y se ha acelerado significativamente más allá de los 67 km / s observados hacia la Vía Láctea. ^[4]

Tamaño, forma y rotación

Eridanus II no tiene forma esférica y su elipticidad (ε) se ha estimado en aproximadamente 0,45 ( Crnojević et al., 2016 ; Koposov et al., 2015 ). Su tamaño depende de supuestos sobre la distribución de masa y la estructura tridimensional. Crnojević y col. (2016) encuentran que sus datos son consistentes con una distribución exponencial simple de masa y un radio de media luz (un radio que encierra la mitad de la luminosidad de la galaxia) de 277 ± 14 pc (~ 890 años luz), con una aparente mitad diámetro de luz de 4,6 minutos de arco a los observadores en la Tierra.

No se espera que una estructura galáctica de este tamaño pequeño muestre signos de rotación coherente. ^[2] En sus estudios de la velocidad de Eridanus II, Li et al. (2016) no encontraron gradiente de velocidad o anisotropía que sugiriera una rotación coherente. El material que forma Eridanus II debe orbitar alrededor del centro galáctico, pero no hay evidencia de un plano bien definido o una dirección de rotación concertada.

Relación con otros objetos

Varios trabajadores han especulado sobre una asociación entre las Nubes de Magallanes y varias galaxias enanas en el Grupo Local , incluida Eridanus II. Las Nubes de Magallanes son dos galaxias satélites ^[5] de la Vía Láctea, que actualmente se encuentran a una distancia de 60 kpc y están separadas por 24 kpc entre sí. Este trabajo es revisado, breve pero convincentemente, por Koposov et al. (2015: 16-17) . Koposov y sus colaboradores señalan que las Nubes muestran signos significativos de distorsión característicos del estrés de las mareas. Este estrés puede haber sido inducido por la proximidad a la Vía Láctea, pero las simulaciones sugieren que es más probable que sea el resultado de interacciones entre las propias Nubes ( Besla et al. (2010) ;Díaz y Bekki (2011) ).

El grupo de Koposov sugiere que las Nubes de Magallanes son del tamaño y la edad adecuados para haber sido parte de una asociación débilmente unida de pequeñas galaxias que ha sido capturada por la Vía Láctea, lo que resulta en una dispersión de pequeñas galaxias, incluido Eridanus II, aproximadamente alineadas. a lo largo de la trayectoria de las Nubes. Como señalan, la evidencia de tal asociación preexistente no es convincente, pero explica un número por lo demás "alarmante" de pequeñas galaxias encontradas a lo largo de un corredor celeste relativamente estrecho. Además, se sabe que cúmulos similares de galaxias enanas habitan en corredores específicos alrededor de otras galaxias importantes del Grupo Local.

Pawlowski y col. (2015) también notan la alineación de Eridanus II con las Nubes de Magallanes, pero dudan de que Eridanus II sea propiamente parte de un cúmulo de galaxias enanas de Magallanes debido a su considerable distancia de los otros miembros sospechosos del grupo. Por otro lado, defienden la existencia de un plano bien definido que va desde la Galaxia de Andrómeda hasta la Vía Láctea. Este plano, de sólo 50 kpc (160 ly) de espesor, pero de hasta 2 Mpc (6,5 millones de ly) de ancho, incluye 10 enanos actualmente conocidos, todos con más de 300 kpc de cualquiera de las principales galaxias del Grupo Local. Estos trabajadores observan que Eridanus II no está tan bien confinado al plano como otros miembros, y sugieren que esto puede tener algo que ver con su alineación distante con las Nubes de Magallanes. ^[6]

Propiedades estelares

Población estelar y edad

Las estrellas en Eridanus II son en gran parte consistentes con una población muy antigua (~ 10 mil millones de años) y con pocos metales ([Fe / H] <-1), similar a otras galaxias enanas pequeñas, así como a muchos cúmulos globulares. Su diagrama de magnitud de color (CMD) muestra una rama horizontal roja marcada (RHB), que a veces marca una población rica en metales ( Koposov et al. (2015: 11) ; Crnojević et al., (2016: 2-3) ) . La Rama de Gigante Roja (RGB) es relativamente vertical, descartando una gran proporción de estrellas jóvenes (250 millones de años o menos) ricas en metales ( Crnojević et al., 2016: 2-3 ). Sin embargo, la fuerza de la Rama Horizontaly la presencia de un número inesperadamente grande de estrellas al lado izquierdo (es decir, más azul) de la secuencia principal, sugirió que Eridanus II contenía al menos dos poblaciones de estrellas ( Koposov et al. (2015) ; Crnojević et al., (2016 ) ).

Con base en estos indicios de diversidad subyacente, Crnojević et al., (2016) eligieron reconstruir el CMD como la suma de dos poblaciones. Encontraron un buen ajuste con un modelo en el que Eridanus II componía más del 95% de estrellas antiguas formadas hace 10 mil millones de años o más, con un pequeño porcentaje de estrellas de edad intermedia, del orden de 3 mil millones de años. Este panorama general ha sido parcialmente confirmado por Li et al. (2016) , quienes mostraron que muchas estrellas aparentemente jóvenes en Eridanus II tenían velocidades y espectros que las marcaban como contaminantes en primer plano, estrellas de nuestra propia galaxia que simplemente se encuentran en la misma parte del cielo que Eridanus II.

Luminosidad y metalicidad

Con base en su modelo de dos componentes y la distancia conocida a Eridanus II, Crnojević et al., (2016: 4) determinaron su magnitud absoluta M _V = −7.1 ± 0.3. De la luz total emitida por Eridanus II, atribuyeron el 94% (~ 5,6 ± 1,5 x 10 ⁴ L _⊙ ) a la antigua población estelar, y el 6% (~ 3,5 ± 3 x 10 ³ L _⊙ ) a las estrellas de edad intermedia .

Li y col. (2016) calcularon la metalicidad media de Eridanus II midiendo el tamaño de los picos de absorción del triplete de calcio en los espectros de 16 estrellas individuales en el RGB. Esta técnica normalmente requiere los espectros de estrellas de Rama Horizontal, pero estos no podrían resolverse lo suficiente en su sistema. Por lo tanto, utilizaron los espectros de estrellas RGB con correcciones previamente elaboradas por el grupo DES ( Simon et al., 2015 ). A partir de estos datos, Li et al. calculó una metalicidad media muy baja de -2,38, ^[7] con una amplia dispersión de 0,47 dex. Esta dispersión inusualmente amplia de valores de metalicidad también puede reflejar la presencia de múltiples poblaciones estelares.

Masa

Bechtol y col. (2015) han estimado la masa total de estrellas en Eridanus II a ser del orden de 8,3 x 10 ⁴ masas solares. Esta es la función de masa inicial descrita por Chabrier (2001) , calculada sobre la base de varios supuestos sobre la masa de la población de estrellas demasiado débiles para ser detectadas directamente. La fórmula semi-empírica de Chabrier se basó en estrellas relativamente cercanas a nuestro propio Sol, una población radicalmente diferente de las estrellas de Eridanus II. Sin embargo, la estimación se basa en los conceptos básicos de la química estelar que se cree que son universales. La masa total de la galaxia se da a continuación en la discusión de la materia oscura .

Cúmulo globular Eridanus II

Quizás la característica más sorprendente de Eridanus II es que alberga su propio cúmulo globular . Esto hace que Eridanus II, por órdenes de magnitud, sea el objeto menos luminoso conocido hasta ahora que incluye un cúmulo globular ( Crnojević et al., (2016: 4) ). El cúmulo tiene un radio de media luz de 13 pc (42 ly) y una magnitud absoluta de −3,5. Aporta alrededor del 4% de la luminosidad galáctica total ( Crnojević et al., (2016: 4) ).

El cúmulo se encuentra a 45 pc (150 ly) del centro galáctico calculado (en proyección). Estos cúmulos nucleares son bastante comunes en las galaxias enanas, y esto ha motivado investigaciones sobre el posible papel de los cúmulos nucleares en la formación de galaxias ( Georgiev et al., 2009 ; Georgiev et al., 2010 ). Zaritsky y col. (2015) han demostrado que la existencia y las propiedades del cúmulo globular Eridanus II son consistentes con lo que ya se sabe sobre cúmulos en galaxias enanas, cuando se extrapolan a objetos inesperadamente de baja luminosidad.

Otros componentes

Gas

Otra característica inesperada de Eridanus II fue la casi ausencia de gas interestelar libre. Hasta el descubrimiento de Eridanus II, los astrónomos habían creído en general que las galaxias enanas cercanas (<300 kpc) a la Vía Láctea estaban en gran parte libres de gas, mientras que las galaxias enanas más distantes retenían cantidades significativas de gas hidrógeno libre (por ejemplo, Garrison-Kimmel et al. ., 2014: 14 ; Spekkens et al., 2014 ). Dicho gas interestelar se detecta utilizando radiotelescopios para medir las firmas espectrales características del hidrógeno atómico. Sin embargo, ni una revisión del trabajo de prospección anterior ( Westmeier et al., 2016 ), ni las observaciones de radiotelescopios dirigidas de Eridanus II ( Crnojević et al., 2016 ) pudieron detectar gas hidrógeno asociado con Eridanus II.

Se cree que la ausencia general de gas en las galaxias enanas cercanas a la Vía Láctea (u otras galaxias grandes) es el resultado de la destrucción de las mareas en el campo gravitacional del cuerpo más grande, o de la presión del ariete por contacto directo con su gas interestelar. sobre (véase, por ejemplo, Jethwa et al., 2016: 17 ). Este entendimiento llevó a Crnojević et al., 2016 a concluir que Eridanus II está unido a la Vía Láctea y está en su segunda caída hacia nuestra galaxia. Sin embargo, son posibles otras explicaciones. Por ejemplo, como Li et al. (2016: 10) señalan, Eridanus II puede haber perdido su gas durante el Evento de Reionizaciónque ocurrió aproximadamente mil millones de años después del Big Bang; aunque, como Li et al. señalan, esa explicación es algo inconsistente con la presencia de una población de estrellas de edad intermedia que presumiblemente se formaron a partir de hidrógeno libre hace 4-6 mil millones de años. ^[8]

Materia oscura

Por definición, la materia oscura tiene poca o ninguna interacción con la materia bariónica, excepto a través de su campo gravitacional. La cantidad de materia oscura en una galaxia se puede estimar comparando su masa dinámica, la masa necesaria para dar cuenta del movimiento relativo de las estrellas en la galaxia, con su masa estelar, la masa contenida en las estrellas necesaria para dar cuenta de la luminosidad de la galaxia. . Como se señaló anteriormente, Bechtol et al. (2015) han estimado la masa luminosa de Eridanus II a ser del orden de 8,3 x 10 ⁴ masas solares. Además, como se explicó en la sección anterior, Westmeier et al. (2016) y Crnojević et al. (2016)han demostrado que la contribución del gas libre a la masa total de Eridanus II es probablemente insignificante y no complicará la comparación. Solo queda estimar la masa dinámica.

La masa dinámica de una galaxia se puede estimar si conocemos las velocidades de las estrellas entre sí. Como se discutió en la sección sobre velocidad, las velocidades de las estrellas en Eridanus II, en relación con la Tierra, fueron medidas por Li et al. (2016) . El movimiento de las estrellas entre sí se puede estimar a partir de la variación ("dispersión") de las velocidades relativas a un observador externo. Este número fue calculado por Li et al. (2016: 5) y resultó ser σ _v = 6,9 km / seg. Sin embargo, como se mencionó en la sección de velocidades, solo es posible medir las velocidades estelares en una dirección, a lo largo de la línea que une al observador y Eridanus II. Afortunadamente, esto es suficiente. Wolf y col. (2010)mostró que el movimiento necesariamente simétrico de las estrellas en un cúmulo globular o enana esferoidal permite calcular la masa dinámica incluida en el radio de media luz (es decir, el radio que encierra la mitad de la luminosidad) a partir de la dispersión de la velocidad radial solo, con muy pocas suposiciones adicionales .

Aplicando esta fórmula, Li et al. (2016: 5-6) encontraron que la masa dinámica de media luz era del orden de 1,2 x 10 ⁷ masas solares. Usando la estimación de Bechtol et al. De la masa luminosa total, esto implicaría que el 99,7% de la masa de Eridanus II es materia oscura. Sin embargo, esta relación se expresa más generalmente como una relación masa / luz, en unidades solares (M _⊙ / L _⊙ ). Así, aplicando los resultados de luminosidad de Crnojević et al. (2016) , Li et al. (2016) informan una proporción de masa a luz de 420. Tenga en cuenta que la proporción de materia oscura a materia bariónica en el universo en general es del orden de 5 o 6. Claramente, Eridanus II está dominado por la materia oscura en un grado extraordinario.

Discusión e importancia

Eridanus II ha atraído principalmente la atención de la comunidad astrofísica en tres áreas. Éstas son (1) la confirmación parcial de las predicciones de la cosmología ΛCDM sobre el número de galaxias enanas pequeñas y débiles en el Grupo Local ; (2) las preguntas que plantea Eridanus II sobre la historia de la Vía Láctea y las Nubes de Magallanes ; y (3) las limitaciones impuestas a la naturaleza de la materia oscura por el hallazgo inesperado de un cúmulo globular aparentemente estable en el corazón de esta extraña y pequeña galaxia. Los dos primeros puntos se han discutido hasta cierto punto en secciones anteriores. El tercero requiere un poco más de atención.

Eridanus II y Lambda-CDM

Como se señaló en la sección introductoria, uno de los principales objetivos del Dark Energy Survey era determinar si realmente existía el número de galaxias enanas débiles predichas por la cosmología ΛCDM . En general, DES parece estar teniendo éxito. Ciertamente, DES y esfuerzos similares han demostrado que la región alrededor de la Vía Láctea contiene un número mucho mayor de galaxias enanas de las que se conocían hace algunas décadas. Sin embargo, el resultado final de esta búsqueda aún no está claro. En particular, Koposov et al. (2015)brevemente suenan dos notas interesantes, pero discordantes. Primero, señalan que las galaxias enanas identificadas por DES son principalmente demasiado grandes y demasiado brillantes. Estos no son miembros de la clase de objetos verdaderamente diminutos y casi invisibles predichos por muchas versiones de ΛCDM. Más bien, estos son objetos similares a los ya identificados en el Sloan Digital Sky Survey ( Koposov et al., 2015: 13) ). Por lo tanto, algo podría estar mal en nuestras expectativas. El segundo punto, y quizás relacionado, es que el Sloan Survey "reveló que parece haber una brecha en la distribución de los radios efectivos entre los cúmulos globulares (GC) y las enanas que se extiende a través de una amplia gama de luminosidades". Koposov y col. (2015: 1). Es decir, en ausencia de encontrar una nueva población intermedia entre los cúmulos globulares y la cosecha actual de enanos galácticos bastante robustos, podemos vernos obligados a concluir que hay algo especial en ciertas escalas de organización de la materia oscura. Si bien tal brecha apenas amenazaría los fundamentos de la cosmología de la ΛCDM, requeriría una explicación seria.

Historia galáctica

Como se mencionó anteriormente, Li et al. (2016)Concluir tentativamente que Eridanus II es un satélite de la Vía Láctea. Si bien las velocidades determinadas por estos investigadores son consistentes con una primera o una segunda caída, creen que es más probable que Eridanus II esté haciendo su segundo acercamiento a nuestra galaxia. En particular, apuntan a la ausencia de gas interestelar en Eridanus II. Esto se explica más fácilmente si un encuentro anterior con la Vía Láctea despojó a la galaxia de gas libre mediante la eliminación de las mareas o la presión del ariete. Además, señalan que el segundo episodio de formación estelar presuntamente responsable de la población de estrellas de edad intermedia, coincide aproximadamente con las estimaciones del período orbital de Eridanus II derivadas de la simulación de ELVIS: es decir, en la vecindad de tres mil millones de años.

Eridanus II también es potencialmente significativo para la historia de las Nubes de Magallanes y el Grupo Local. Tanto Koposov et al. (2015) y Pawlowski et al. (2015) han notado su alineación con otros enanos galácticos asociados con las Nubes de Magallanes, aunque Eridanus II está bastante distante de los otros miembros de ese grupo. Pawlowski y col. (2015) observan que también está alineado con una serie de enanos asociados con la Galaxia de Andrómeda , pero parece un poco fuera del plano. En consecuencia, Eridanus II puede ser miembro de cualquiera de esas comunidades galácticas, de ambas o de ninguna. Cualquiera que sea el juicio final, es probable que Eridanus II sea un factor importante en la resolución de ese importante segmento de nuestra historia galáctica.

Restricciones sobre la materia oscura

En un importante artículo reciente, Brandt (2016) ha argumentado que la presencia de un cúmulo globular estable cerca del centro de Eridanus II impone severas restricciones a ciertas formas posibles de materia oscura . Aunque se ha propuesto cualquier número de candidatos a materia oscura, los principales contendientes se pueden dividir en dos grupos: WIMPS ( partículas masivas de interacción débil ) y MACHO ( objetos de halo compacto masivo ). Una clase importante de MACHO consiste en agujeros negros primordiales . Estos objetos pueden variar de 10 ^-2 a 10 ⁵ masas solares, o superior, dependiendo de los detalles de la cosmología aplicable y la medida de posible fusión post-Big Bang. Ver, por ejemplo,García-Bellido (2017) . El trabajo de Brandt aborda los agujeros negros hacia el extremo medio y superior de este rango de masas.

Brandt señala que la física de los cúmulos globulares es similar a la de la difusión. Los intercambios gravitacionales repetidos entre cuerpos actúan gradualmente para igualar la energía cinética, que es proporcional al cuadrado de la velocidad. El efecto neto, durante tiempos suficientemente largos, es la clasificación por masa. Los objetos más masivos y de baja velocidad tienden a permanecer cerca del centro del cúmulo, mientras que los objetos menos masivos se colocan en trayectorias más distantes o son expulsados ​​del sistema por completo. En cualquier caso, el cúmulo se expande gradualmente, mientras que los objetos más masivos permanecen relativamente cerca del centro de masa. Dado el dominio abrumador de la materia oscura en Eridanus II, la dinámica gravitacional del cúmulo globular debe ser impulsada por la materia oscura. Y, si la materia oscura es principalmente una colección de agujeros negros más grandes que una estrella promedio,el efecto de clasificación debería hacer que el cúmulo se expanda a un tamaño grande y quizás eventualmente expulse todas las estrellas excepto las más grandes.Green (2016) ha ampliado recientemente las ecuaciones de Brandt para permitir una amplia gama de masas de agujeros negros. ^[9]

Hay varias limitaciones a este argumento, todas las cuales son reconocidas y discutidas por Brandt. Tres de estos son pertinentes aquí. Primero, de todos los muchos tipos posibles de materia oscura propuestos por los teóricos, exactamente uno ha recibido apoyo experimental; pero ese tipo es precisamente el tipo de agujero negro en cuestión aquí. Al menos, la primera detección de ondas gravitacionales por LIGO mostró (a) que existen agujeros negros de este tamaño y (b) que son lo suficientemente comunes como para que la colisión y fusión de dos de esos objetos fue el primer evento discreto observado por LIGO ( Abbott et al., 2016 ). En segundo lugar, como lo discutieron Brandt (2016) y Carr (2016), la fuerza de las restricciones impuestas por el cúmulo globular de Eridanus II depende tanto de la proporción de materia oscura formada por estos agujeros negros de masa intermedia, la distribución de esa materia y las escalas de tiempo permitidas para el proceso de clasificación en masa. En tercer lugar, el cúmulo globular Eridanus II es prácticamente único. Es posible, si no particularmente probable, que el cúmulo resulte ser un contaminante de primer plano, un fenómeno transitorio o una estructura formada en otro lugar y capturada recientemente por Eridanus II. En resumen, es probable que el cúmulo globular Eridanus II sea una parte importante, pero no decisiva, del léxico de la materia oscura durante algún tiempo.

Referencias

Abbott BP y col . (2016), Observación de ondas gravitacionales de una fusión binaria de agujeros negros , Physical Review Letters 116: 061102. doi: 10.1103 / PhysRevLett.116.061102

Albert A y col . [Colaboraciones Fermi-LAT y DES] (2017), Búsqueda de la aniquilación de materia oscura en satélites recientemente descubiertos de la Vía Láctea con Fermi-LAT , The Astrophysical Journal 834: 110 (15 págs.). arXiv : 1611.03184

Bechtol K y col . (2015), Ocho nuevos compañeros de la Vía Láctea descubiertos en los datos de la Encuesta de Energía Oscura del primer año . The Astrophysical Journal 807: 50. doi: 10.1088 / 0004-637X / 807/1/50

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Citas

1. Eridanus II generalmente se agrupa con otras galaxias esferoidales enanas en la literatura, pero esta caracterización aún no es segura. Un grupo ha clasificado a Eridanus II como dSph probable o candidato ( Albert et al., 2017: 4, nota de la Tabla 1 ). Pawlowski y col. (2015: 2, Tabla 1) simplemente refiérase a ella como una galaxia "enana no clasificada".
2. Simon, Joshua D .; Geha, Marla (2007). "La cinemática de los satélites ultra débiles de la Vía Láctea: resolver el problema del satélite perdido" . El diario astrofísico . 670 (1): 313–331. arXiv : 0706.0516 . Código Bibliográfico : 2007ApJ ... 670..313S . doi : 10.1086 / 521816 . ISSN  0004-637X . S2CID  9715950 .
3. El paquete de simulación de Garrison-Kimmel et al. (2014) se llama ELVIS, por Exploring the Local Volume In Simulation. Es apropiado que Li et al. (2016) usan ELVIS para modelar cómo el centro de masa de Eridanus II se mueve de esta manera, mientras que también rota transversalmente de esa manera, ¡como solo el Rey podía manejar!
4. Números más exactos requerirían más información sobre la masa de la Vía Láctea y la distribución de esa masa de la que poseemos actualmente. Esta es una de las razones por las que el trabajo en mecánica celeste a escalas cósmicas tiende a realizarse utilizando múltiples simulaciones bajo una variedad de supuestos, en lugar de un cálculo más sencillo.
5. Técnicamente, estas son galaxias "enanas", pero ambas son mucho más grandes que objetos como Eridanus II. De hecho, es probable que la masa combinada de las Nubes sea mayor que la de Eridanus II por un factor de 10,000. Compárese con Koposov et al. (2015: 16-17) con Li et al. (2016: 5, Tabla 1)
6. El trabajo de Pawlowski sobre la estructura del Grupo Local ha sido atacado en varios artículos, a veces con fuerza. Véase, por ejemplo, Bechtol et al. (2015) ; Maji y col. (2017) . La evaluación de las disputas en competencia está mucho más allá del alcance de este artículo. Sin embargo, Pawlowski sostiene que las estructuras que describe tienden a perturbar los cimientos de la cosmología Lambda CDM . En consecuencia, aquí puede haber más en juego que detalles de la geografía galáctica.
7. Para poner este número en contexto, tenga en cuenta que prácticamente no hay estrellas en la vecindad de nuestro sol con metalicidades tan bajas ( Casagrande et al., 2011 ). Incluso en el halo galáctico de la Vía Láctea, las estrellas con una metalicidad inferior a -2,0 son poco comunes ( Beers et al., 2005 ).
8. Una explicación alternativa, aunque trivial, es que Eridanus II encontró una gran masa distinta de la Vía Láctea en algún momento de los últimos 5 mil millones de años aproximadamente.
9. Green (2016) también plantea argumentos convincentes que van más allá del alcance de esta discusión. Brevemente, masas de este tipo deberían causareventos de lente gravitacional transitoriospara los cuales no hay una fuente visible de distorsión gravitacional. El análisis de los datos de lasmisiones satelitales EROS en la década de 1990 debería haber detectado, pero no pudo encontrar, tales eventos (con una excepción discutible, como señaló Green).

Coordenadas : 03 h 44 m 20,1 s , −43 ° 32 ′ 01,7 ″