La masa de nuestra galaxia

¿Qué es la masa de nuestra galaxia?

Si tuviéramos que jugar un programa de juegos, una de las preguntas más fáciles sería: «¿Cuánto tiempo tarda la tierra en girar alrededor del sol?» La respuesta es de unos 365 días. Lo sabías, estoy seguro. Pero la pregunta del millón de dólares sería algo más cercano a: ‘¿Cuánto tiempo tarda el sol en girar alrededor del centro de la Vía Láctea?’ ¿Te importaría adivinar? ¿Está más cerca de:

A. Doscientas horas
B. Doscientos mil días
C. Doscientos millones de años
D. Doscientos mil millones de siglos

Siga leyendo para descubrir cuál es la respuesta y por qué es importante para ayudarnos a determinar la masa de la Vía Láctea.

Nuestro sistema solar como ejemplo

Antes de sumergirnos, quiero darte un ejemplo un poco más familiar para que puedas entender de qué estoy hablando más adelante en esta lección sobre cómo los astrónomos descubren todas estas cosas. Nuestro sistema solar se puede utilizar como paralelo a nuestra galaxia. El centro de nuestra galaxia es como nuestro sol, y los planetas que orbitan alrededor de nuestro sol son como estrellas en nuestra galaxia que orbitan alrededor del centro de la galaxia, bastante simple.

Está bien, nuestro sol es enorme. En nuestro sistema solar, casi toda la masa está, por tanto, concentrada en el sol. Debido a esto, ocurre algo conocido como movimiento kepleriano . El movimiento keplerio es un término elegante para el movimiento orbital que sigue las leyes del movimiento planetario de Kepler.

¿Cómo se ve eso y qué significa realmente? Bueno, debido a que la masa de nuestro sistema solar se concentra en el sol, las velocidades orbitales de los planetas disminuyen a medida que aumenta la distancia del planeta al sol. Dicho de otra manera, en relación con la Tierra, la velocidad orbital de Mercurio es más rápida. Por el contrario, la velocidad orbital de Neptuno es mucho más lenta porque Neptuno está muy lejos del sol. Por lo tanto, podemos predecir que si esencialmente toda la masa de la galaxia se concentra cerca de su centro, las velocidades orbitales disminuirían a medida que se alejara de su centro.

Encontrar la masa de la Vía Láctea

Teniendo eso en cuenta, veamos cómo encontramos la masa de la Vía Láctea. Las estrellas del disco de la galaxia, como nuestro sol, seguirán básicamente una órbita circular dentro del plano del disco. Los científicos han calculado que nuestro sol se mueve alrededor del centro de la Vía Láctea a una velocidad de aproximadamente 240 km / s. Como es difícil imaginar cómo es esa velocidad, me gusta poner esos números en perspectiva; eso es como un viaje de ida y vuelta desde Nueva York a París en menos de un minuto.

Debido a que creemos firmemente que la órbita del sol es casi circular, podemos usar esta noción, la estimación de la distancia desde el sol al centro de la Vía Láctea (que es de 8200 parsecs), así como la geometría básica, para encontrar la circunferencia. de la órbita del sol. Al dividir la circunferencia (2 * pi * r ) de la órbita del sol por su velocidad orbital, encontramos que el período orbital del sol es de unos 210 millones de años aproximadamente. Esto se conoce como el año galáctico , el tiempo que tarda el sol en girar alrededor del centro de la Vía Láctea. Ahora sabes la respuesta a la pregunta del millón de dólares.

Entonces, la siguiente pregunta es: ‘¿Por qué este número, 210 millones, es importante para descubrir la verdadera masa de nuestra galaxia?’ Bueno, los sistemas binarios (dos objetos celestes que orbitan alrededor de un centro de masa común) revelan su masa total (Masa a + Masa b ) cuando se eleva al cubo la distancia promedio entre las estrellas ( a , en AU) y se divide por el cuadrado de su período orbital ( P , en años).

Ya conocemos P , son 210 millones de años. También sabemos que cada pársec equivale a 2,06 * 10 ^ 5 AU. Al multiplicar este último número por 8200 parsecs, descubrimos que el radio de la órbita de nuestro sol es igual a aproximadamente 1,69 * 10 ^ 9 AU. Conectando y tragando, eso significa que la masa de nuestra galaxia resulta ser 110 mil millones de masas solares. Pero ese número es una gran subestimación porque incluye solo la masa que se encuentra dentro de la órbita de nuestro sol. Los científicos estiman que la masa de la galaxia es de al menos 400 mil millones de masas solares y es probable que sea mucho mayor, más de un billón de masas solares. Y he aquí por qué.

La corona galáctica y la materia oscura

Si ya ha olvidado mi ejemplo del sistema solar, atándolo a la galaxia, recuerde lo que dije antes: podemos predecir que si esencialmente toda la masa de la galaxia se concentra cerca de su centro, las velocidades orbitales disminuirían a medida que se alejara. desde el centro. Pero a través de la observación, sabemos que ocurre lo contrario en nuestra galaxia.

Las velocidades orbitales en el disco de nuestra galaxia son constantes o aumentan con la distancia del centro. ¿Qué significa esto para usted? Piénsalo un segundo. Debe ser que la galaxia tiene mucha más masa de la que se encuentra dentro de la órbita de nuestro sol. Esta masa extra se encuentra en la corona galáctica. La corona galáctica es una distribución esférica de materia de baja densidad y baja luminosidad que rodea una galaxia que se extiende a grandes distancias más allá del borde del disco visible de una galaxia.

La mayor parte de este asunto es invisible. Es materia oscura , o materia que no emite ni absorbe luz y se detecta únicamente por su influencia gravitacional, y constituye la mayor parte de la masa de nuestra galaxia. De hecho, constituye el 90% de la materia de nuestra galaxia. Esto significa que solo el 10% de la masa de la galaxia está en forma de objetos visibles, como nuestras estrellas. Esta misteriosa materia oscura invisible, que le da a nuestra galaxia una masa tan significativa, es el tema de otra lección.

Resumen de la lección

El movimiento keplerio , el movimiento orbital que sigue las leyes de movimiento planetario de Kepler, predice que si esencialmente toda la masa de la galaxia se concentra cerca de su centro, las velocidades orbitales de las estrellas disminuirían a medida que se aleja del centro de la galaxia. La evidencia observacional ha demostrado que lo contrario es cierto: las velocidades orbitales permanecen constantes o aumentan en un radio mayor.

Al usar el año galáctico , el tiempo que tarda el sol en girar alrededor del centro de la Vía Láctea, así como otras cifras, descubrimos que la estimación de nuestra galaxia de 110 mil millones de masas solares es lamentablemente baja. número de bola. Eso es porque tales cálculos excluyen la masa fuera del radio de la órbita de nuestro sol. La masa real de la galaxia es de al menos 400 mil millones de masas solares.

Esta masa adicional se encuentra en la corona galáctica , una distribución esférica de materia de baja densidad y baja luminosidad que rodea una galaxia que se extiende a grandes distancias más allá del borde del disco visible de una galaxia. La mayor parte de este asunto es invisible. Es materia oscura , o materia que no emite ni absorbe luz y se detecta únicamente por su influencia gravitacional.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, debería poder:

• Definir el movimiento kepleriano
• Recuerde cuánto dura un año galáctico y cómo lo resolvemos
• Explica cómo los científicos pueden estimar la masa de la Vía Láctea usando el año galáctico.
• Indique qué son la corona galáctica y la materia oscura y el efecto que tienen en la masa de la galaxia.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador