La galaxia enana Eridanus II es una galaxia enana de bajo brillo superficial en la constelación de Eridanus . Eridanus II fue descubierta independientemente por dos grupos en 2015, utilizando datos del 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 centralmente ; y es la galaxia más pequeña y menos luminosa conocida que contiene un cúmulo globular. Crnojević et al., 2016. Eridanus II es importante, 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 tales cuerpos fue una de las motivaciones para 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 restricciones a la naturaleza de la materia oscura (Brandt 2016; Li et al., 2016).
Desde finales del siglo XX, las cosmologías más ampliamente aceptadas se han construido sobre los cimientos del modelo ΛCDM que, a su vez, se basa en la base de las cosmologías del Big Bang de los años 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 la 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 por 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 débiles 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 conoce como el problema de la "enana faltante" o de la "subestructura". [3] Simon y Geha (2007) también analizan varias "soluciones" cosmológicas y astrofísicas que podrían reconciliar la teoría y la observación sin requerir una gran cantidad de nuevas galaxias enanas. Se han realizado esfuerzos para determinar si la población predicha de galaxias satélite débiles podría observarse, y ahora se están informando muchos nuevos satélites enanos. 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 de 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 y reportadas.
Eridanus II es uno de estos satélites recién descubiertos. El descubrimiento fue realizado de forma independiente por dos grupos que trabajaron a partir de los datos del DES, y sus resultados se publicaron simultáneamente en 2015 (Bechtol et al., 2015; Koposov et al., 2015). El grupo del DES y un tercer grupo de investigadores realizaron observaciones de seguimiento más detalladas a fines de 2015, utilizando ambos instrumentos Magallanes 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 realizaron observaciones a principios de 2016 utilizando el radiotelescopio Byrd Green Bank en Green Bank, Virginia Occidental, EE. UU. Se han obtenido datos adicionales a partir de un nuevo examen de estudios de radiotelescopios más antiguos que incluían la región del cielo ocupada por Eridanus II (Westmeier et al., 2015).
Eridanus II se encuentra en las profundidades del cielo austral. Dado que Eridanus II es un objeto débil y difuso, que se extiende sobre varios minutos de arco del cielo, su posición no se puede determinar con gran precisión. Las observaciones más detalladas son probablemente las de Crnojević et al. (2016), quienes informan (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°. De pie en el plano galáctico en la posición del Sol, de cara al centro de la galaxia, Eridanus II estaría a la derecha y debajo, 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 color-magnitud (CMD), luego comparando 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 (derivada en parte del proceso de ajuste de la curva). 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 actualmente conocidos que probablemente sean satélites de la Vía Láctea (Id.).
Determinar si Eridanus II es, de hecho, una galaxia satélite depende en parte de la comprensión de su velocidad. Li et al. (2016) han emprendido recientemente esa desafiante serie de mediciones. La mayor parte de la dificultad se relaciona con el hecho de que, si bien Eridanus II está distante en términos astronómicos, está demasiado cerca en términos cosmológicos. No solo los desplazamientos al rojo espectrales son bastante pequeños a esta distancia, sino que la galaxia no puede tratarse como un objeto puntual. Li et al. se vieron obligados a observar los espectros de estrellas individuales, todas las cuales se movían unas con respecto a otras a velocidades no mucho menores que la 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 la Vía Láctea. A pesar de estas dificultades, Li et al. pudieron obtener una distribución muy ajustada de velocidades centrada en 75,6 km/seg en una dirección que se aleja de nosotros. Sin embargo, dado que la rotación del Sol alrededor del centro de la Vía Láctea actualmente 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 hacia el centro de la galaxia a unos 67 km/seg (Li et al., 2016: 5, Tabla 1).
Aunque estas observaciones resuelven el problema de la velocidad radial, el movimiento de Eridanus II hacia el centro de la Vía Láctea, no pueden resolver el problema de la velocidad transversal, el 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 et al. (2016: 7–8) informan que Eridanus II no exhibe una "cola" o gradiente de estrellas de menor (o mayor) velocidad en una dirección particular, lo que podría dar una pista sobre la velocidad transversal de esa galaxia. Sin embargo, señalan que un objeto similar a Eridanus II necesitaría una velocidad total de aproximadamente 200 km/seg para escapar de la captura por 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, señalan los resultados de estudios de simulación detallados del Grupo Local (Garrison-Kimmel et al., 2014). Todos los objetos situados de manera similar a Eridanus II en estas simulaciones se determinaron como satélites de la Vía Láctea (Li et al. (2016: 8)). [4] Por razones que se discutirán en la sección final, la mayoría de los investigadores ahora creen que Eridanus II es un satélite de período extremadamente largo (es decir, varios miles de millones de años por órbita) de la Vía Láctea, probablemente comenzando solo su segundo acercamiento a nuestra galaxia.
Eridanus II se está moviendo hacia el centro de la Vía Láctea a 67 km/seg. Sin embargo, aplicando el valor actual de la Constante de Hubble ( es decir , unos 76 km/seg/Mpc), el espacio entre las dos galaxias también está aumentando a unos 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 se puede calcular simplemente utilizando la ley de gravitación de Newton . Además, debe considerarse el retraso de la velocidad de la luz. Las mediciones de velocidad de Li et al. (2016) hicieron uso de la luz emitida por Eridanus II hace aproximadamente un millón de años. En el momento actual, Eridanus II probablemente esté a solo unos 300 kpc de distancia (frente a los 380 kpc observados) y ha acelerado significativamente más allá de los 67 km/seg observados hacia la Vía Láctea. [5]
Eridanus II no tiene forma esférica y su elipticidad (ε) se ha estimado en 0,45 (Crnojević et al., 2016; Koposov et al., 2015). Su tamaño depende de suposiciones sobre la distribución de masa y la estructura tridimensional. Crnojević et al. (2016) encuentran que sus datos son consistentes con una distribución exponencial simple de masa y un radio de semiluz (un radio que encierra la mitad de la luminosidad de la galaxia) de 277 ±14 pc (~890 años luz), con un diámetro de semiluz aparente de 4,6 arcmin para los observadores en la Tierra.
No se espera que una estructura galáctica de este pequeño tamaño muestre signos de rotación coherente. [3] En sus estudios sobre la velocidad de Eridanus II, Li et al. (2016) no encontraron ningún gradiente de velocidad ni anisotropía que sugiera una rotación coherente. El material que compone Eridanus II debe orbitar alrededor del centro galáctico, pero no hay evidencia de un plano bien definido o una dirección concertada de rotación.
Varios investigadores han especulado sobre una asociación entre las Nubes de Magallanes y varias galaxias enanas del Grupo Local , incluida Eridanus II. Las Nubes de Magallanes son dos galaxias satélite [6] de la Vía Láctea, que actualmente se encuentran a unos 60 kpc de distancia y separadas por 24 kpc entre sí. Este trabajo es revisado, brevemente, pero de manera convincente, por Koposov et al. (2015: 16-17). Koposov y sus colaboradores señalan que las Nubes muestran signos significativos de distorsión característicos del estrés de marea. 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 Nubes mismas (Besla et al. (2010); Díaz y Bekki (2011)).
El grupo de Koposov sugiere que las Nubes de Magallanes tienen el tamaño y la edad adecuados para haber formado parte de una asociación poco unida de pequeñas galaxias que ha sido capturada por la Vía Láctea, lo que ha dado lugar a una dispersión de pequeñas galaxias, incluida Eridanus II, aproximadamente alineadas a lo largo de la trayectoria de las Nubes. Como señalan, la evidencia de dicha asociación preexistente no es convincente, pero sí explica una cantidad por lo demás "alarmante" de pequeñas galaxias encontradas a lo largo de un corredor celestial relativamente estrecho. Además, se sabe que cúmulos similares de galaxias enanas habitan corredores específicos alrededor de otras galaxias importantes en el Grupo Local.
Pawlowski et al. (2015) también señalan la alineación de Eridanus II con las Nubes de Magallanes, pero dudan de que Eridanus II sea propiamente parte de un cúmulo magallánico de galaxias enanas 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 solo 50 kpc (160 años luz) de espesor, pero hasta 2 Mpc (6,5 millones de años luz) de ancho, incluye 10 enanas conocidas actualmente, todas a más de 300 kpc de cualquiera de las principales galaxias del Grupo Local. Estos investigadores observan que Eridanus II no está tan confinado en el plano como otros miembros, y sugieren que esto puede tener algo que ver con su alineación distante con las Nubes de Magallanes. [7]
Las estrellas de Eridanus II son en gran medida consistentes con una población muy antigua (~10 mil millones de años) y con bajo contenido de metales ([Fe/H] < −1), similar a otras galaxias enanas pequeñas, así como a muchos cúmulos globulares. Su diagrama de color-magnitud (CMD) muestra una marcada rama horizontal roja (RHB), que a veces marca una población rica en metales (Koposov et al. (2015: 11); Crnojević et al., (2016: 2–3)). La rama gigante roja (RGB) es relativamente vertical, lo que descarta cualquier 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 Horizontal y la presencia de un número inesperadamente grande de estrellas en el lado izquierdo (es decir, más azul) de la secuencia principal, sugirieron que Eridanus II contenía al menos dos poblaciones de estrellas (Koposov et al. (2015); Crnojević et al., (2016)).
Basándose en estos indicios de diversidad subyacente, Crnojević et al. (2016) decidieron reconstruir la CMD como la suma de dos poblaciones. Encontraron un buen ajuste con un modelo en el que Eridanus II estaba compuesta por 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. Esta imagen general ha sido parcialmente confirmada por Li et al. (2016), quienes demostraron que muchas estrellas aparentemente jóvenes en Eridanus II tenían velocidades y espectros que las marcaban como contaminantes en primer plano: estrellas de la Vía Láctea que se encontraban en la misma parte del cielo que Eridanus II.
Basándose en su modelo de dos componentes y en la distancia conocida a Eridanus II, Crnojević et al. (2016: 4) determinaron su magnitud absoluta M V = −7,1 ± 0,3. Del total de luz emitida por Eridanus II, atribuyeron el 94 % (~5,6 ± 1,5 x 10 4 L ⊙ ) a la población estelar antigua, y el 6 % (~3,5 ± 3 x 10 3 L ⊙ ) a las estrellas de edad intermedia.
Li et al. (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 la Rama Horizontal, pero estos no pudieron ser resueltos lo suficiente en su sistema. Por lo tanto, utilizaron los espectros de estrellas RGB con correcciones previamente calculadas por el grupo DES (Simon et al., 2015). A partir de estos datos, Li et al. calcularon una metalicidad media muy baja de −2,38, [8] 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.
Bechtol et al. (2015) han estimado que la masa total de las estrellas en Eridanus II es 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 varias suposiciones sobre la masa de la población de estrellas demasiado débiles para ser detectadas directamente. La fórmula semiempírica de Chabrier se basó en estrellas relativamente cercanas al Sol, una población radicalmente diferente de las estrellas de Eridanus II. Sin embargo, la estimación se basa en los principios básicos de la química estelar que se cree que son universales. La masa total de la galaxia se da a continuación en la discusión sobre la materia oscura .
Tal vez la característica más sorprendente de Eridanus II es que alberga su propio cúmulo globular . Esto hace que Eridanus II sea, por órdenes de magnitud, el objeto menos luminoso conocido hasta ahora que incluye un cúmulo globular (Crnojević et al., (2016: 4)). El cúmulo tiene un radio de semiluz de 13 pc (42 años luz) y una magnitud absoluta de −3,5. Contribuye con aproximadamente el 4% de la luminosidad galáctica total (Crnojević et al., (2016: 4)).
El cúmulo se encuentra a 45 pc (150 años luz) 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 et al. (2015) han demostrado que la existencia y las propiedades del cúmulo globular Eridanus II son consistentes con lo que ya se sabe sobre los cúmulos en galaxias enanas, cuando se extrapola a objetos inesperadamente de baja luminosidad.
Otra característica inesperada de Eridanus II fue la casi ausencia de gas interestelar libre. Hasta el descubrimiento de Eridanus II, los astrónomos generalmente creían 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 de trabajos de investigación anteriores (Westmeier et al., 2016), ni las observaciones dirigidas con radiotelescopios 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 (o a otras galaxias grandes) es el resultado de un desgaste por marea en el campo gravitacional del cuerpo más grande, o de la presión de impacto por contacto directo con su envoltura de gas interestelar (véase, por ejemplo, Jethwa et al., 2016: 17). Esta comprensión llevó a Crnojević et al., 2016 a concluir que Eridanus II está ligada a la Vía Láctea y está en su segunda caída hacia nuestra galaxia. Sin embargo, son posibles otras explicaciones. Por ejemplo, como señalan Li et al. (2016: 10), Eridanus II puede haber perdido su gas durante el Evento de Reionización que ocurrió aproximadamente mil millones de años después del Big Bang; aunque, como señalan Li et al., esa explicación es algo inconsistente con la presencia de una población de estrellas de edad intermedia que presumiblemente se formó a partir de hidrógeno libre hace 4-6 mil millones de años. [9]
Por definición, la materia oscura tiene poca o ninguna interacción con la materia bariónica, excepto a través de su campo gravitatorio. La cantidad de materia oscura en una galaxia se puede estimar comparando su masa dinámica, la masa necesaria para explicar el movimiento relativo de las estrellas en la galaxia, con su masa estelar, la masa contenida en las estrellas necesaria para explicar la luminosidad de la galaxia . Como se señaló anteriormente, Bechtol et al. (2015) han estimado que la masa luminosa de Eridanus II es 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 (relativas a 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 se encontró que era σ v = 6,9 km/seg. Sin embargo, como se mencionó en la sección de velocidad, 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 et al. (2010) demostraron 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 semiluz (es decir, el radio que encierra la mitad de la luminosidad) solo a partir de la dispersión de la velocidad radial, con muy pocas suposiciones adicionales.
Aplicando esta fórmula, Li et al. (2016: 5–6) encontraron que la masa dinámica en penumbra 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 usualmente 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) reportan una relación masa-luz de 420. Nótese que la relación de materia oscura a materia bariónica en el universo en general es del orden de 5 o 6. Claramente Eridanus II está dominado por materia oscura en un grado extraordinario.
Eridanus II ha atraído la atención de la comunidad astrofísica principalmente en tres áreas: (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 Eridanus II plantea 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 en cierta medida en secciones anteriores. El tercero requiere un poco más de atención.
Como se señaló en la sección introductoria, uno de los objetivos principales del Dark Energy Survey era determinar si las cantidades de galaxias enanas débiles predichas por la cosmología ΛCDM realmente existían. En general, DES parece estar teniendo éxito. Ciertamente, DES y esfuerzos similares han demostrado que la región alrededor de la Vía Láctea contiene una cantidad mucho mayor de galaxias enanas de las que se conocían hace unas décadas. Sin embargo, el resultado final de esta búsqueda aún no está claro. En particular, Koposov et al. (2015) brevemente hacen dos comentarios interesantes, pero discordantes. Primero, señalan que las galaxias enanas identificadas por DES son principalmente demasiado grandes y demasiado brillantes. No son miembros de la clase de objetos verdaderamente diminutos, casi invisibles predichos por muchas versiones de ΛCDM. Más bien, 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 con respecto a nuestras expectativas. El segundo punto, y quizás relacionado, es que el sondeo Sloan "reveló que parece haber una brecha en la distribución de radios efectivos entre cúmulos globulares (GC) y galaxias enanas que se extiende a lo largo de un amplio rango de luminosidades". Koposov et al. (2015: 1). Es decir, en ausencia de encontrar una nueva población intermedia entre los cúmulos globulares y la actual generación de galaxias enanas bastante robustas, podemos vernos obligados a concluir que hay algo especial en ciertas escalas de organización de la materia oscura. Si bien una brecha de este tipo difícilmente amenazaría los fundamentos de la cosmología ΛCDM, requeriría una explicación seria.
Como se mencionó anteriormente, Li et al. (2016) concluyen 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 segunda caída, creen que es más probable que Eridanus II esté realizando su segundo acercamiento a nuestra galaxia. En particular, señalan 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 por desprendimiento de marea o presión de ariete. Además, señalan que el segundo episodio de formación estelar presumiblemente responsable de la población de estrellas de edad intermedia, coincide aproximadamente con las estimaciones del período orbital de Eridanus II derivadas de la simulación ELVIS: es decir, en el entorno de los tres mil millones de años.
Eridanus II también es potencialmente importante para la historia de las Nubes de Magallanes y el Grupo Local. Tanto Koposov et al. (2015) como Pawlowski et al. (2015) han notado su alineación con otras galaxias enanas asociadas con las Nubes de Magallanes, aunque Eridanus II está bastante distante de los otros miembros de ese grupo. Pawlowski et al. (2015) observan que también está alineado con una serie de galaxias enanas asociadas con la Galaxia de Andrómeda , pero parece ligeramente fuera de plano. En consecuencia, Eridanus II puede ser miembro de cualquiera de esas comunidades galácticas, de ambas o de ninguna. Cualquiera sea el juicio final, es probable que Eridanus II sea un factor importante en la resolución de ese importante segmento de nuestra historia galáctica.
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 posibles formas de materia oscura . Aunque se han propuesto varios candidatos a materia oscura, los principales contendientes pueden dividirse en dos grupos: WIMPS ( Weakly Interacting Massive Particles ) y MACHOs ( Massive Compact Halo Objects ). Una clase importante de MACHO consiste en agujeros negros primordiales . Estos objetos pueden variar de 10 −2 a 10 5 masas solares, o más, dependiendo de los detalles de la cosmología aplicable y el grado de posible fusión posterior al Big Bang. Véase, 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, en tiempos suficientemente largos, es la clasificación por masa. Los objetos más masivos, de baja velocidad, tienden a permanecer cerca del centro del cúmulo, mientras que los objetos menos masivos se establecen 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 predominio abrumador de la materia oscura en Eridanus II, la dinámica gravitacional del cúmulo globular debe estar 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 gran tamaño y tal vez eventualmente expulse a todas las estrellas excepto las más grandes. Green (2016) ha ampliado recientemente las ecuaciones de Brandt para permitir una gama diversa de masas de agujeros negros. [10]
Este argumento tiene varias limitaciones, todas ellas reconocidas y discutidas por Brandt. Tres de ellas son pertinentes aquí. En primer lugar, 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 del que se trata aquí. Como mínimo, la primera detección de ondas gravitacionales por parte de LIGO demostró (a) que los agujeros negros de este tamaño existen y (b) que son lo suficientemente comunes como para que la colisión y fusión de dos de esos objetos fuera el primer evento discreto observado por LIGO (Abbott et al., 2016). En segundo lugar, como 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 de masa. En tercer lugar, el cúmulo globular de Eridanus II es prácticamente único. Es posible, aunque 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.
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