Los cúmulos globulares brillan en una galaxia que carece de materia oscura

Es posible que haya visto noticias recientes sobre NGC 1052 DF2, una galaxia que se descubrió que tenía poca o ninguna materia oscura. Ahora, un nuevo estudio explora lo que NGC 1052 DF2 tiene : una población enigmática de cúmulos globulares inusualmente grandes y luminosos.

La mancha nebulosa en el centro de esta imagen del Hubble es la inusual galaxia ultradifusa NGC 1052 DF2, una galaxia a la que le falta la mayor parte de su materia oscura, si no toda.
NASA / ESA / P. van Dokkum (Universidad de Yale)

Un enano inusual

Espectros Keck / LRIS (izquierda y derecha) e imágenes HST (centro) de los 11 grupos asociados con NGC 1052 F2. Las imágenes en color abarcan cada una 1 1 .
van Dokkum y col. 2018

La galaxia ultradifusa NGC 1052 DF2, originalmente identificada con el Dragonfly Telescope Array, ha intrigado a los astrónomos desde el descubrimiento de que su masa dinámica está determinada por los movimientos de los objetos con forma de cúmulo globular que se encuentran dentro de ella es esencialmente lo mismo que su masa estelar. Esta equivalencia implica que la galaxia carece extrañamente de materia oscura; El límite superior establecido en su halo de materia oscura es 400 veces más pequeño de lo que esperaríamos para una galaxia enana de este tipo.

Dirigido por Pieter van Dokkum (Universidad de Yale), el equipo que realizó este descubrimiento ahora ha seguido con imágenes detalladas del telescopio espacial Hubble y espectroscopía Keck. ¿Su meta? Para explorar los objetos que les permitieron realizar la medición de masa dinámica: los cúmulos globulares extrañamente brillantes de NGC 1052 F2.

¿Qué pasa con los cúmulos globulares?

Tamaños (radios de media luz circularizados) frente a magnitudes absolutas para los cúmulos globulares en NGC1052 F2 (negro) y la Vía Láctea (rojo).
Adaptado de van Dokkum et al. 2018

Van Dokkum y sus colaboradores confirmaron espectroscópicamente 11 objetos compactos asociados con la débil galaxia. Estos objetos tienen aspecto de cúmulos globulares, pero el pico de su distribución de luminosidad se compensa con un factor de cuatro de los cúmulos globulares de otras galaxias; Estos cúmulos globulares son significativamente más brillantes de lo normal.

Utilizando las imágenes del Hubble, los autores determinaron que los cúmulos globulares de NGC 1052 FD2 tienen más del doble del tamaño de los cúmulos globulares de la Vía Láctea en el mismo rango de luminosidad. Como es típico en los cúmulos globulares, son una población antigua (~ 9.300 millones de años) y pobres en metales.

Repensar las teorías de formación

La imagen de larga data de las galaxias ha conectado estrechamente antiguos cúmulos globulares pobres en metales con las galaxias ... halos de materia oscura. Estudios anteriores han encontrado que la relación entre la masa total del cúmulo globular y la masa total de una galaxia (es decir, toda la materia oscura + bariónica) se mantiene notablemente constante en las galaxias es típicamente ~ 3 x 10 -5 . Esto ha llevado a los investigadores a creer que las propiedades del halo de materia oscura pueden determinar la formación de racimos globulares.

La función de luminosidad de los objetos compactos en NGC 1052 F2. Las curvas rojas y azules muestran las funciones de luminosidad de los cúmulos globulares en la Vía Láctea y en las galaxias ultradifusas típicas del cúmulo Coma, respectivamente. Los cúmulos globulares de NGC 1052 – DF2 alcanzan un pico a una luminosidad significativamente más alta.
Adaptado de van Dokkum et al. 2018

NGC 1052 – DF2, con una masa de racimo globular que es> 3% de la masa de la galaxia (¡~ 1000 veces la proporción esperada!), Desafía esta imagen. Por lo tanto, esta galaxia inusual demuestra que la relación habitual entre la masa del cúmulo globular y la masa total de la galaxia probablemente no se deba a una conexión fundamental entre el halo de materia oscura y la formación del cúmulo globular. En cambio, van Dokkum y sus colaboradores sugieren que la formación de cúmulos globulares puede ser un proceso impulsado por bariones.

Al igual que con todos los descubrimientos inesperados en astronomía, ahora debemos determinar si NGC 1052 – DF2 es simplemente una casualidad, o si representa una nueva clase de objeto del que podemos esperar encontrar más. De cualquier manera, esta galaxia inusual nos está obligando a repensar lo que sabemos sobre las galaxias y los cúmulos estelares que albergan.

Citación

Pieter van Dokkum et al 2018 ApJL 856 L30. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aab60b

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Esta publicación apareció originalmente en AAS Nova, que presenta aspectos destacados de investigaciones de las revistas de la American Astronomical Society.