¿Tienen los Halos Galácticos una Densidad Constante?

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Por: Dra. Amira Val Baker, Astrofísica de Resonance Science Foundation

Los halos galácticos -que comprenden el teórico halo de materia oscura- muestran una característica interesante en la naturaleza constante de su densidad de volumen.

Las galaxias tienen todo tipo de formas y tamaños, siendo las más comunes y estudiadas las similares a nuestra Vía Láctea, conocidas como galaxias de disco o espirales. Un problema bien conocido en física es el de las velocidades de rotación observadas de las estrellas con respecto a la distancia de su centro galáctico. Estas curvas de rotación, como se conocen, curiosamente no aparecen como se esperaba, es decir, aparecen planas en lugar de caer y disminuir con la distancia. 

En el modelo de materia oscura fría del universo, estas curvas de rotación planas se atribuyen a la materia oscura, de ahí el nombre de halos de "materia oscura".

En un esfuerzo por comprenderlo mejor, los científicos han comparado los perfiles de densidad de estos llamados halos de materia oscura, los encontrados a partir de las observaciones, con los predichos por las simulaciones cosmológicas de cuerpos N. Ahora, en un estudio reciente, dirigido por el científico estadounidense Pengfei Li, se explora la relación de escala entre estos halos de materia oscura y sus discos galácticos. Utilizando datos de la base de datos Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC), se analizaron 175 galaxias y se compararon con simulaciones cosmológicas de cuerpo N. Los resultados mostraron, no sólo que había una fuerte correlación entre las propiedades de los halos de materia oscura y sus discos galácticos, sino también que la densidad de volumen característica del halo de materia oscura es constante. Así, aunque las diferentes galaxias muestran curvas de rotación bastante diferentes, todas tienen una densidad característica constante.

Esto implica que la luminosidad es independiente de la densidad de volumen, que en cambio se encuentra correlacionada con la densidad superficial característica. Esto tiene enormes implicaciones, ya que no sólo la densidad de volumen constante y las relaciones de escalado proporcionan nuevos conocimientos sobre la formación de galaxias, sino que también podrían proporcionar un punto de referencia empírico para las simulaciones cosmológicas de la formación de galaxias.

En el enfoque de la física unificada, la densidad del vacío, junto con la densidad de la materia, se rige por un factor de escala: la entropía superficial. Así, el halo galáctico se regiría por una relación específica que mantiene una densidad constante, independientemente de su tamaño. Por otro lado, la luminosidad -que es la cantidad de energía emitida por unidad de tiempo- dependería de la entropía superficial y, por tanto, escalaría en consecuencia.

Artículo: https://arxiv.org/abs/1811.00553