¿Qué estoy viendo?

Qué estás viendo

Cada punto es la velocidad a la que gira una galaxia real a una distancia de su centro, medida por la luz de su gas de hidrógeno. Las líneas bajo los puntos son lo que daría la gravedad de sus estrellas y su gas solos: lejos del centro se quedan cortas. Añade un halo de materia oscura, ajústalo y lee cuánta masa invisible necesita la galaxia. La segunda pestaña pone todos los puntos de 153 galaxias en un solo gráfico: la relación de aceleración radial.

Controles

En este dispositivo:

Ratón

  • Elige una galaxia de la lista o haz clic en uno de los botones Prueba: NGC 3198, NGC 2403, DDO 154, F568-3, NGC 7814.
  • Haz clic en Sin halo, NFW o Pseudoisotermo para elegir el halo.
  • Arrastra los deslizadores: la relación masa-luminosidad Υ de las estrellas y después los dos números del halo (V₂₀₀ y c, o ρ₀ y r_c).
  • Haz clic en Ajustar para que el modelo encuentre a la vez el mejor halo, Υ, distancia e inclinación; Empezar de nuevo vuelve a los valores del catálogo.
  • Haz clic en Todas las galaxias para la relación de aceleración radial; arrastra su Υ y haz clic en 1 o 2 para leer qué dicen la materia oscura y MOND.
  • Haz clic en la insignia bajo los datos de la galaxia para ver la fuente y la cita.

Teclado

  • Tabula hasta la lista de galaxias; las flechas eligen una galaxia.
  • Tabula hasta un deslizador; las flechas lo mueven, Inicio y Fin saltan a sus extremos.
  • Tabula hasta un botón (Prueba, el halo, Ajustar, Empezar de nuevo, las lecturas); Intro o Espacio lo pulsan.
  • En las pestañas, las flechas izquierda y derecha cambian entre Curva de rotación y Todas las galaxias.
  • Con un lector de pantalla, cada gráfico lee la galaxia, el último radio y las velocidades allí.
  • H o ? abre este panel. Esc lo cierra.
Otros dispositivos

Táctil

  • Toca la lista de galaxias para elegir una de 163, o toca un botón Prueba.
  • Toca Sin halo, NFW o Pseudoisotermo para elegir el halo.
  • Desliza con el dedo Υ y los dos deslizadores del halo.
  • Toca Ajustar para el mejor modelo, Empezar de nuevo para los valores del catálogo.
  • Toca Todas las galaxias para ver toda la muestra en un gráfico, y luego 1 o 2 para las dos lecturas.
  • Toca la insignia de la fuente para ver de dónde vienen los datos.

Glosario

Curva de rotación
La velocidad a la que las estrellas y el gas giran alrededor del centro de una galaxia a cada radio. En una galaxia de disco sube rápido y luego se queda casi plana, mucho más allá de donde se apaga la luz.
Por qué importa Si la masa visible fuera toda, la velocidad caería lejos del centro, como caen las velocidades de los planetas alrededor del Sol.
SPARC
Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves: 175 galaxias de disco con fotometría infrarroja del telescopio espacial Spitzer y curvas de rotación de datos de radio y ópticos (Lelli, McGaugh y Schombert 2016). El módulo usa las 163 de calidad 1 o 2.
Por qué importa Una muestra homogénea, así que cada galaxia se modela igual.
Velocidad medida, con barras de error
La velocidad de rotación a cada radio, por el desplazamiento Doppler de la línea de radio de 21 cm del hidrógeno y de la luz Hα, corregida por la inclinación del disco. La barra es su incertidumbre medida.
Radio (kpc)
Distancia al centro de la galaxia en kiloparsecs. Un kiloparsec son unos 3260 años luz; el Sol está a unos 8 kpc del centro de la Vía Láctea.
Estrellas y gas (bariones)
La materia ordinaria que podemos ver. La línea de las estrellas sale de la luz infrarroja a 3,6 µm del disco y el bulbo; la del gas, del hidrógeno atómico medido, con el helio añadido. Juntos: V_bar² = V_gas|V_gas| + Υ_d V_disk² + Υ_b V_bul².
Por qué importa Lo que le falta para llegar a los puntos es lo que un halo tiene que llenar.
Relación masa-luminosidad Υ
Cuántas masas solares de estrellas representa cada luminosidad solar de luz a 3,6 µm. Los modelos de poblaciones estelares dan unos 0,5 para los discos y 0,7 para los bulbos; el ajuste la deja moverse con un prior de 0,1 dex alrededor de esos valores.
Por qué importa Estrellas más pesadas podrían llenar parte del hueco, pero no tan lejos como llegan los puntos.
Halo de materia oscura
Una nube más o menos redonda de materia que no emite luz, más grande que la galaxia visible. El modelo suma su velocidad a la de los bariones: V² = V_bar² + V_halo².
Halo NFW (V₂₀₀, c)
El perfil de densidad que dan las simulaciones de materia oscura fría (Navarro, Frenk y White 1996), empinado hasta el centro. V₂₀₀ es la velocidad en r₂₀₀, donde la densidad media del halo es 200 veces la densidad crítica del universo; la concentración c dice cuánta de su masa está cerca del medio.
Por qué importa Es lo que predice la cosmología estándar, así que lo bien que ajusta es una prueba.
Halo pseudoisotermo (ρ₀, r_c)
Un halo con un núcleo de densidad plana de radio r_c y densidad central ρ₀, que cae como 1/r² fuera. Es una forma empírica, no una predicción.
Por qué importa Las enanas como DDO 154 suelen ajustar mejor con un núcleo que con la cúspide NFW: el problema cúspide-núcleo.
Ajuste
Mínimos cuadrados (Levenberg–Marquardt): los dos números del halo, Υ, la distancia y la inclinación se mueven juntos hasta que el modelo pasa tan cerca de los puntos como permiten sus barras de error. La distancia y la inclinación pueden moverse dentro de los errores del catálogo, como las dejaron Li et al. 2020.
χ²/ν (chi cuadrado reducido)
La suma del fallo de cada punto al cuadrado, en unidades de su barra de error, dividida entre el número de puntos menos los números que fija el ajuste. Cerca de 1 es un buen ajuste; muy por encima de 1, el modelo falla.
Por qué importa Convierte «¿pasa la línea por los puntos?» en un solo número.
Masa del halo dentro del último punto
Cuánta materia oscura pone el modelo dentro del último radio medido: V_halo² r / G, en masas solares (M☉).
Parte oscura
De toda la masa dentro del último radio medido, la parte que aporta el halo. En la mayoría de las galaxias es mucho más de la mitad.
Por qué importa Dice cuánto de la galaxia es materia que ningún telescopio ha visto.
Distancia e inclinación usadas
La distancia de la galaxia fija su tamaño y la masa de sus estrellas; su inclinación convierte la velocidad vista en la línea de visión en la verdadera. El catálogo da cada una con un error; el ajuste puede moverlas dentro de él.
Relación de aceleración radial
En cada radio medido de cada galaxia, la aceleración que muestra la rotación, g_obs = V²/r, frente a la que dan las estrellas y el gas por Newton, g_bar = V_bar²/r. Las 153 galaxias caen en una sola curva (McGaugh, Lelli y Schombert 2016).
Por qué importa Una sola curva para galaxias de todos los tamaños es una pista fuerte de cómo se comporta la materia oscura, o la gravedad.
g† (escala de aceleración)
La aceleración donde la relación se separa de g_obs = g_bar, unos 1,2 × 10⁻¹⁰ m/s²: una cienmilmillonésima de la gravedad de la Tierra. El módulo la ajusta a la muestra mientras cambias Υ.
Dispersión (dex)
Cuánto se alejan en promedio los puntos de la curva ajustada, en potencias de diez: 0,13 dex es un 35% más o menos.
MOND
Dinámica newtoniana modificada (Milgrom 1983): en vez de masa invisible, la gravedad misma se hace más fuerte que la de Newton por debajo de una aceleración a₀ parecida a g†.
Por qué importa Predice la relación solo con la masa visible, pero tiene problemas en los cúmulos de galaxias y con el fondo cósmico de microondas.

Toda la ayuda y las preguntas

163 galaxias SPARC
Distancia
13,80 ± 1,40 Mpc
Inclinación
73 ± 3°
Tipo
Sc
Calidad
1, alta
Radios medidos
43
050100150010203040Radio (kpc)Velocidad de rotación (km/s)
  • Medida, con barras de error
  • Gas
  • Estrellas
  • Estrellas y gas
  • Modelo: todo junto

A 44 kpc las estrellas y el gas dan 65 km/s; la galaxia gira a 149 km/s.

Masas solares por luminosidad solar a 3,6 µm. Las poblaciones estelares sugieren unos 0,5.

Sin halo: lo mejor que pueden hacer las estrellas y el gas solos. Elige NFW o pseudoisotermo y pulsa Ajustar.

Calidad del ajuste χ²/ν
816
Masa del halo dentro de 44 kpc
ninguno
Parte oscura a 44 kpc
0 %
Distancia usada
13,80 Mpc
Inclinación usada
73,0°

Qué estás viendo

Cada punto es la velocidad a la que el gas y las estrellas giran alrededor del centro de esta galaxia a un radio, medida por el desplazamiento Doppler de la línea de 21 cm del hidrógeno y de la luz Hα. Las líneas de debajo son lo que daría la gravedad de Newton de la masa visible sola: las estrellas, a partir de su luz a 3,6 µm por una relación masa-luminosidad Υ, y el gas, a partir del hidrógeno observado. Lejos del centro se quedan cortas. Añade un halo de masa invisible y ajústalo.

Cómo leer el ajuste

Un χ²/ν cercano a 1 significa que el modelo pasa tan cerca de los puntos como permiten sus barras de error; muy por encima de 1, falla. NFW es el halo que dan las simulaciones de materia oscura fría, denso hasta el mismo centro; la esfera pseudoisoterma tiene un núcleo plano. Muchas enanas, como DDO 154, prefieren el núcleo: el problema cúspide-núcleo.

Datos

Curvas de rotación y modelos de masa: SPARC, F. Lelli, S. McGaugh y J. Schombert, AJ 152, 157 (2016), 10.3847/0004-6256/152/6/157, calidad 1 y 2. SPARC no indica licencia y pide citar ese artículo. El ajuste sigue a P. Li, F. Lelli, S. McGaugh y J. Schombert, ApJS 247, 31 (2020).