Rotación de las Galaxias - Física en Línea

Rotation curve of spiral galaxy Messier 33 (yellow and blue points with error bars), and a predicted one from distribution of the visible matter (gray line). The data and the model predictions are from Corbelli and Salucci 2000. The discrepancy between the two curves can be accounted for by adding a dark matter halo surrounding the galaxy. Español: Curva de rotación de la galaxia espiral Messier 33 (puntos en amarillo y azul, con barras de error), y la curva predicha por la distribución de materia visible (línea gris). La diferencia entre ambas curvas se puede compensar al incluir el halo de materia oscura que envuelve la galaxia. By Mario De Leo – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=74398525

Objetivos:

Terminada la lección podrás:

Explicar los conceptos fundamentales del trabajo de Vera Rubin.
Enumerar los puntos fundamentales del trabajo investigativo de Vera Rubin que apoya el movimiento de las galaxias.

Elba M Sepulveda

Introducción

El movimiento de las galaxias es un tema fascinante y complejo, influenciado por diversos factores gravitacionales y la expansión misma del universo.

Aquí te presento un resumen de cómo se mueven las galaxias:

Galaxia espiral — Spiral Galaxy. This stunning view of spiral galaxy M101, also known as the Pinwheel galaxy, was captured by the Hubble Space Telescope. NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (University of Hawaii), J. Trauger (Jet Propulsion Lab), J. Mould (NOAO), Y.-H. Chu (University of Illinois, Urbana) and STScI; CFHT Image: Canada-France-Hawaii Telescope/J.-C. Cuillandre/Coelum; NOAO Image: G. Jacoby, B. Bohannan, M. Hanna/NOAO/AURA/NSF in https://science.nasa.gov/universe/galaxies/types/#spiral-galaxies

Rotación:

Galaxias espirales:
- La mayoría de las galaxias espirales rotan, con sus estrellas orbitando alrededor del centro galáctico.
- La velocidad de rotación varía según la distancia al centro, y las observaciones han revelado que las regiones exteriores giran más rápido de lo esperado, lo que indica la presencia de materia oscura.
Galaxias elípticas:
- Aunque no tienen una rotación tan evidente como las espirales, las galaxias elípticas también muestran movimientos internos de sus estrellas.

Movimiento a gran escala:

Expansión del universo:
- A gran escala, las galaxias se alejan unas de otras debido a la expansión del universo.
- Cuanto más lejos están las galaxias, más rápido se alejan, según la ley de Hubble.
Atracción gravitacional:
- Las galaxias también se ven influenciadas por la atracción gravitacional de otras galaxias y cúmulos de galaxias.
- Esto puede provocar movimientos peculiares, desviaciones de la expansión uniforme del universo.
- Cúmulos de galaxias:
  - Dentro de los cúmulos, las galaxias se mueven en órbitas complejas alrededor del centro de masa del cúmulo.
  - Pueden ocurrir colisiones y fusiones de galaxias dentro de los cúmulos.

NASA, ESA, ADAM G. RIESS (STSCI, JHU) – https://scitechdaily.com/images/Hubble-Space-Telescope-Galaxy-Collection.jpg THIS COLLECTION OF 36 IMAGES FROM NASA’S HUBBLE SPACE TELESCOPE FEATURES GALAXIES THAT ARE ALL HOSTS TO BOTH CEPHEID VARIABLES AND SUPERNOVAE. THESE TWO CELESTIAL PHENOMENA ARE BOTH CRUCIAL TOOLS USED BY ASTRONOMERS TO DETERMINE ASTRONOMICAL DISTANCE, AND HAVE BEEN USED TO REFINE OUR MEASUREMENT OF THE HUBBLE CONSTANT, THE EXPANSION RATE OF THE UNIVERSE. THE GALAXIES SHOWN IN THIS PHOTO (FROM TOP ROW, LEFT TO BOTTOM ROW, RIGHT) ARE: NGC 7541, NGC 3021, NGC 5643, NGC 3254, NGC 3147, NGC 105, NGC 2608, NGC 3583, NGC 3147, MRK 1337, NGC 5861, NGC 2525, NGC 1015, UGC 9391, NGC 691, NGC 7678, NGC 2442, NGC 5468, NGC 5917, NGC 4639, NGC 3972, THE ANTENNAE GALAXIES, NGC 5584, M106, NGC 7250, NGC 3370, NGC 5728, NGC 4424, NGC 1559, NGC 3982, NGC 1448, NGC 4680, M101, NGC 1365, NGC 7329, NGC 3447. By NASA, ESA, ADAM G. RIESS (STSCI, JHU) – https://scitechdaily.com/images/Hubble-Space-Telescope-Galaxy-Collection.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=118249156

Interacciones y fusiones:

Las galaxias pueden interactuar gravitacionalmente entre sí, lo que puede provocar distorsiones en su forma y la formación de colas de marea.
Las fusiones de galaxias son eventos comunes en la evolución del universo, donde dos o más galaxias se combinan para formar una galaxia más grande.

Vera Rubin en https://m.espacepourlavie.ca/blogue/en/vera-cooper-rubin-woman-who-discovered-dark-side-universe

Influencia de la materia oscura:

La materia oscura, que constituye la mayor parte de la masa del universo, juega un papel crucial en el movimiento de las galaxias.
Su atracción gravitacional influye en la rotación de las galaxias y en la formación de estructuras a gran escala.
El trabajo de Vera Rubin apoya la existencia de la materia oscura.

Puntos clave:

El estudio del movimiento de las galaxias proporciona información valiosa sobre la estructura y evolución del universo.
El movimiento de las galaxias es una combinación de rotación interna, expansión del universo, atracción gravitacional y interacciones con otras galaxias.
La materia oscura juega un papel fundamental en la dinámica de las galaxias.

This image, called the Hubble eXtreme Deep Field (XDF), combines Hubble observations taken over the past decade of a small patch of sky in the constellation of Fornax. With a total of over two million seconds of exposure time, it is the deepest image of the Universe ever made, combining data from previous images including the Hubble Ultra Deep Field (taken in 2002 and 2003) and Hubble Ultra Deep Field Infrared (2009). The image covers an area less than a tenth of the width of the full Moon, making it just a 30 millionth of the whole sky. Yet even in this tiny fraction of the sky, the long exposure reveals about 5500 galaxies, some of them so distant that we see them when the Universe was less than 5% of its current age. The Hubble eXtreme Deep Field image contains several of the most distant objects ever identified. In Wikipedia Commons in https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy#/media/File:The_Hubble_eXtreme_Deep_Field.jpg

Comprender el movimiento

El trabajo de Vera Rubin fue fundamental para comprender el movimiento de las galaxias, ya que proporcionó evidencia sólida de la existencia de la materia oscura, una sustancia invisible que ejerce una influencia gravitacional significativa en la dinámica galáctica. Aquí te explico cómo su investigación contribuyó a nuestra comprensión:

Curvas de rotación anómalas:

Rubin, junto con su colega Kent Ford, realizó mediciones precisas de las velocidades de rotación de las estrellas en galaxias espirales.
Según las leyes de la física newtoniana, las estrellas en las regiones exteriores de las galaxias deberían girar más lentamente que las estrellas en las regiones interiores.
Sin embargo, Rubin y Ford descubrieron que las estrellas en las partes exteriores de las galaxias giraban a velocidades sorprendentemente altas, casi tan rápido como las estrellas en el centro.
Este comportamiento anómalo no podía explicarse solo con la materia visible en las galaxias.

Evidencia de materia oscura:

La discrepancia entre las velocidades de rotación observadas y las velocidades predichas por la materia visible llevó a Rubin a concluir que debía haber una cantidad significativa de materia invisible, o materia oscura, que ejerciera una atracción gravitacional adicional.
La materia oscura, que no emite ni absorbe luz, forma un halo extenso alrededor de las galaxias, proporcionando la fuerza gravitacional necesaria para mantener unidas las estrellas en las regiones exteriores.
Con sus estudios se pudo demostrar que las galaxias espirales giran lo suficientemente rápido como para separarse si la gravedad de sus estrellas fuera todo lo que las mantuviera juntas.

Impacto en la comprensión de la dinámica galáctica:

El trabajo de Rubin revolucionó nuestra comprensión de la dinámica galáctica al demostrar que la materia oscura juega un papel dominante en la estructura y el movimiento de las galaxias.
Sus hallazgos proporcionaron una de las pruebas más convincentes de la existencia de la materia oscura, que ahora se considera un componente fundamental del universo.
Gracias a sus investigaciones se pudo entender mejor el movimiento de rotación de las galaxias dentro de los cúmulos de galaxias.

Resumen

En resumen, las observaciones de Vera Rubin de las curvas de rotación de las galaxias proporcionaron una base empírica sólida para la teoría de la materia oscura, transformando nuestra comprensión de cómo se mueven las galaxias y la naturaleza del universo.