Los científicos se centran cada vez más en comprender las sutiles distorsiones del disco de la Vía Láctea, y una nueva investigación publicada esta semana sugiere que una fusión galáctica podría ser responsable de su característica curvatura. Mingji Deng, Cuihua Du y Jian Zhang, todos de la Escuela de Astronomía y Ciencias Espaciales de la Universidad de la Academia China de Ciencias, junto con Haoyang Liu y Zhongbcheng Li, presentan un modelo de baja masa de la Vía Láctea que demuestra cómo una colisión pasada con otra galaxia, la fusión Gaia-Sausage-Enceladus, podría haber iniciado y sostenido esta curvatura. Sus simulaciones, utilizando el código GIZMO, revelan una interacción dinámica entre el halo de materia oscura y el disco galáctico, ofreciendo una visión crucial de la evolución de las galaxias espirales y explicando el descenso observado en la curva de rotación de la Vía Láctea. Este trabajo identifica un efecto de “báscula” de intercambio de momento angular y un mecanismo de precesión de larga duración, avanzando fundamentalmente en nuestra comprensión de la dinámica galáctica.
Fusión galáctica impulsa la curvatura del disco de la Vía Láctea
Los investigadores identificaron un mecanismo de interacción de doble régimen impulsado por este potencial de halo asimétrico, revelando distintos comportamientos en diferentes escalas de tiempo. Además, el equipo demostró que las fusiones de alta inclinación pueden sostener una precesión prograde de larga duración, donde un torque gravitacional persistente, aunque decreciente, mantiene el modo de flexión prograde contra el enrollamiento diferencial. Este hallazgo desafía los modelos previos que favorecían las curvaturas transitorias causadas por interacciones recientes con galaxias satélite, ofreciendo una explicación para la persistencia a largo plazo de la curvatura Galáctica observada durante más de 5 mil millones de años. Al combinar la curvatura en forma de S observada con la línea de tiempo de la fusión GSE rica en gas, el estudio se basa en simulaciones de fusión GSE personalizadas, empleando una cuadrícula de 500 ejecuciones idealizadas con el código GADGET para identificar un modelo fiduciario que coincida con los datos de la encuesta H3. Este trabajo profundiza la comprensión del modo de flexión vertical a través de descomposición de Fourier y calcula la aceleración vertical ejercida por las partículas de materia oscura sobre el disco, evaluando su desalineación con respecto al plano del disco, proporcionando en última instancia información sobre la evolución a largo plazo de las curvaturas del disco galáctico.
Simulaciones de fusión GSE de las curvaturas de la Vía Láctea
A un corrimiento al rojo de aproximadamente z ∼2, la Vía Láctea se modeló como una combinación de un disco grueso con una masa estelar de 1.5 × 1010 M⊙, un disco de gas y un bulbo, utilizando datos de Xiang et al. (2025) para definir las longitudes de escala del disco de 2 kpc y los espesores de 0.4 × R⋆. El disco de gas, con una longitud de escala de 3 × R⋆ y la mitad de la longitud de escala como su espesor, siguió un perfil exponencial + sech-z, mientras que el bulbo, adoptando el modelo Bulge-E de Jiao et al. (2023), poseía una masa de 1.95 × 1010 M⊙ y una longitud de escala de 0.9 kpc, modelado con un perfil de Einasto. Este enfoque permitió una reconstrucción detallada de los componentes galácticos, validada con datos observacionales de Jiao et al. (2023) y Ou et al. (2023), como lo demuestra la descomposición de la curva de rotación presentada en la Figura 1. Los investigadores configuraron entonces los parámetros orbitales de las galaxias en fusión, colocándolas en una órbita retrógrada sesgada radialmente con una alta excentricidad de 0.9 para replicar las características observadas de velocidad y anisotropía en los restos de GSE.
La separación inicial se determinó sumando los radios viriales de ambos progenitores, con la velocidad relativa calculada utilizando una órbita Kepleriana. Para investigar la influencia de las fusiones en las perturbaciones verticales, el ángulo de inclinación se varió sistemáticamente de 15◦ a 75◦ en intervalos de 15◦, incluido un ángulo de 55◦ de trabajos anteriores. La configuración DICE definió la órbita utilizando parámetros como los ángulos polares y azimutales, y los ángulos de espín, asegurando una exploración exhaustiva de la dinámica de la fusión.
La fusión GSE impulsa la curvatura del disco de la Vía Láctea
Esto sugiere una interacción dinámica donde el momento angular se transfiere entre el halo y el disco, influyendo en la forma y la orientación de la curvatura. Las mediciones confirman que las fusiones de alta inclinación pueden sostener una precesión prograde de larga duración, manteniendo el modo de flexión prograde contra el enrollamiento diferencial a través de un torque gravitacional persistente, aunque decreciente. Además, el equipo empleó la descomposición de Fourier para identificar el modo de flexión vertical e investigar su comportamiento, calculando la aceleración vertical ejercida por las partículas de materia oscura sobre el disco y evaluando su desalineación con el plano del disco. Al incorporar un componente de gas en sus simulaciones, los científicos reprodujeron con éxito la curvatura del disco Galáctico, proporcionando información sobre su evolución a largo plazo. Las simulaciones emplearon una cuadrícula de 500 ejecuciones de fusión idealizadas con el código GADGET, basándose en trabajos anteriores que identificaron un modelo fiduciario que coincidía con los datos de la encuesta H3. Esta investigación ofrece un mecanismo universal para la formación de curvaturas a través de fusiones galácticas, en consonancia con las observaciones de que al menos la mitad de las galaxias espirales exhiben estructuras curvadas similares.
La inclinación del halo de fusión impulsa la modulación de la amplitud de la curvatura
Los científicos han demostrado que las fusiones galácticas pueden inducir y dar forma a las curvaturas del disco en galaxias espirales como nuestra propia Vía Láctea. A través de simulaciones utilizando el código GIZMO, los investigadores modelaron fusiones galácticas con parámetros variables para investigar cómo se desarrollan y cambian las curvaturas del disco con el tiempo. Las simulaciones también mostraron un fenómeno de “regeneración”, donde la amplitud de la curvatura disminuye y luego vuelve a aumentar, lo que sugiere que los procesos internos impulsan la persistencia de la curvatura. Los autores reconocen que sus simulaciones solo consideraron un evento de fusión inicial, lo que es una limitación. También simplificaron los cálculos dentro de su modelo de curvatura cinemática asumiendo una tasa de precesión constante y descuidando ciertos términos dependientes del tiempo, aunque encontraron que estas aproximaciones tuvieron un impacto mínimo en sus resultados. La investigación futura podría explorar los efectos de múltiples fusiones y estructuras de halo más complejas en la evolución de la curvatura del disco, refinando potencialmente nuestra comprensión de la historia de la formación galáctica y la distribución de la materia oscura. Este trabajo establece una conexión entre la dinámica de la fusión y las características galácticas observables, ofreciendo información sobre los procesos que dan forma a las galaxias espirales.
