LAS GALAXIAS.
¿Qué es una Galaxia?
Una galaxia (de la raíz griega galakt-,
“lácteo”, una referencia a nuestra propia Vía Láctea) es un sistema
masivo de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo, materia oscura, y
quizá energía oscura, todas interaccionando gravitatorialmente y
orbitando alrededor del centro de la galaxia debido a la atracción
gravitatoria de todas las demás estrellas.
Además de estrellas y planetas, las
galaxias contienen cúmulos de estrellas, hidrógeno atómico, hidrógeno
molecular, moléculas complejas compuestas de hidrógeno, nitrógeno,
carbono y silicio entre otros elementos, y rayos cósmicos.
La cantidad de estrellas que forman una
galaxia es variable, desde las enanas, con 107, hasta las gigantes, con
1012 estrellas (según datos de la NASA del último trimestre del 2009).
Formando parte de una galaxia existen subestructuras como las nebulosas,
los cúmulos estelares y los sistemas estelares múltiples.
Nacimiento de las galaxias y su luz
Nuevas generaciones de estrellas nacen a
partir del gas que se condensa en regiones llamadas nubes moleculares
gigantes y las estrellas, a veces, forman cúmulos de estrellas. Cuando
una estrella alcanza el final de su evolución, puede devolver mucho gas
al medio interestelar que será la fuente para una nueva generación de
estrellas. Podemos imaginar a las galaxias como sistemas que transforman
gas en estrellas y éstas nuevamente a gas.
Cuando miramos una galaxia, la luz que
vemos viene de dos fuentes. Primero, vemos luz de sus miles de millones
de estrellas; puesto que muchas galaxias están muy lejanas, no vemos
estrellas individuales – sólo la luz difusa combinada de todas. Segundo,
vemos luz fluorescente emitida por el gas ionizado por las estrellas
luminosas calientes. Estas nubes de gas resplandeciente marcan los
sitios donde nacen nuevas estrellas – a menudo, suelen parecerse a las
cuentas de un collar por la forma en que se encadenan en los brazos de
las galaxias espirales. La luz de las estrellas y del gas es
amortiguada, a una cierta distancia, por el polvo dentro del medio
interestelar de la galaxia.
Tamaño de las Galaxias
Se estima que existen más de cien mil
millones de galaxias en el universo observable. La mayoría de las
galaxias tienen un diámetro entre cien y cien mil parsecs y están
usualmente separadas por distancias del orden de un millón de parsecs.
El espacio intergaláctico está compuesto por un tenue gas, cuya densidad
media no supera un átomo por metro cúbico. La mayoría de las galaxias
están dispuestas en una jerarquía de agregados, llamados cúmulos, que a
su vez pueden formar agregados más grandes, llamados supercúmulos. Estas
estructuras mayores están dispuestas en hojas o en filamentos rodeados
de inmensas zonas de vacío en el universo.
Comparadas con el Sistema Solar, las
galaxias son inmensas. Viajando a la velocidad de la luz, tomaría cerca
de dos segundos ir de la Tierra a la Luna, y cerca de cinco horas y
media, para ir del Sol a Plutón. Llevaría 25.000 años para ir desde el
centro de la Vía Láctea a la posición del Sol. La Vía Láctea tiene más
de cien mil millones de estrellas, pero las estrellas están tan lejos,
unas de otras, que casi nunca colisionan. Incluso los pasos cercanos
entre dos estrellas son sumamente excepcionales. Puesto que las
estrellas raramente interactúan entre sí, sus órbitas, alrededor de la
galaxia, raramente cambian. Las órbitas de las estrellas reflejan el
movimiento del gas a partir del cual se formaron las estrellas. Por lo
tanto, la forma de una galaxia nos habla de las condiciones en que se
formó, salvo que la galaxia haya sufrido una colisión.
Determinación de distancias extragalácticas
Deducir la distancia de una galaxia
mediante la simple observación con un telescopio es imposible, ya que
puede tratarse de una galaxia gigante a una gran distancia o de una más
cercana a la Tierra pero de menor tamaño. Las distancias se calculan
comparando el brillo o tamaño de los objetos de una galaxia desconocida
con los de nuestra galaxia. Con este fin se han utilizado las estrellas
más brillantes, supernovas, cúmulos de estrellas y nubes de gas. Son
útiles sobre todo las estrellas del tipo cefeidas, estrellas cuya luz
varía periódicamente porque el periodo de pulsación está relacionado con
el brillo intrínseco de la estrella. Observando la frecuencia se puede
calcular y comparar el verdadero brillo con el brillo aparente; así se
puede deducir la distancia.
Los astrónomos han descubierto
recientemente que la velocidad de las estrellas mientras orbitan el
centro de sus galaxias depende del brillo intrínseco y de la masa de esa
galaxia. Las galaxias de rotación rápida son extremadamente luminosas;
las de rotación más lenta son más débiles. Con frecuencia se pueden
determinar las velocidades orbitales de las estrellas de una galaxia,
así como el brillo intrínseco, y de esa forma se puede deducir la
distancia a esa galaxia.
Distribución de las galaxias
En general, las galaxias no están
aisladas en el espacio sino que suelen ser miembros de agrupaciones de
tamaño pequeño o medio, que a su vez forman grandes cúmulos de galaxias.
Nuestra galaxia pertenece a una agrupación pequeña de unas 20 galaxias
que los astrónomos llaman el Grupo Local. La Vía Láctea y la galaxia
Andrómeda son los dos miembros mayores, con 100.000 o 200.000 millones
de estrellas cada una. Las Nubes de Magallanes son tres galaxias
satélites cercanas, pero pequeñas y débiles, con 100 millones de
estrellas aproximadamente.
El cúmulo más cercano es Virgo, que junto
con el Grupo Local y otros cúmulos forma el Supercúmulo Local. Todos
estos cúmulos se mueven en la misma dirección; la razón de esto podría
ser otro supercúmulo escondido a la vista por nuestra propia galaxia, ya
que se tiene conocimiento de supercúmulos a una distancia de hasta 300
millones de años luz. Algunos teóricos sugieren que la causa podría ser
un “anillo” cósmico, una grieta unidimensional en la estructura del
espacio-tiempo.
Por lo general, la distribución de
cúmulos y supercúmulos en el Universo no es uniforme, sino que
supercúmulos de decenas de miles de galaxias están dispuestos en largos
filamentos, fibrosos y con forma de lazo, separados por grandes vacíos.
La Gran Muralla, un filamento galáctico descubierto en 1989, se extiende
a lo largo del espacio a más de 500 millones de años luz. Los
cosmólogos suponen que la materia oscura, un material hipotético que no
irradia ni refleja la radiación electromagnética, puede existir en
cantidades suficientes como para generar campos gravitatorios
responsables de la estructura heterógenea del Universo.
Las galaxias más distantes conocidas,
cerca del límite del universo visible, son objetos débiles y azules. Las
imágenes de estos objetos se pueden obtener dirigiendo un telescopio
hacia las regiones aparentemente vacías del cielo, utilizando un
detector de carga acoplada de estado sólido para concentrar la luz débil
y procesando después estas imágenes en un ordenador o computadora. Las
galaxias, que se alejan de la Tierra a una velocidad aproximada al 88%
de la velocidad de la luz, pueden haberse formado alrededor de 2.000
millones de años después del origen del Universo.
Colisión de Galaxias
La interacción de galaxias (colisión de galaxias)
es el resultado de la perturbación de la gravedad de una galaxia sobre
otra. Un ejemplo de interacción menor es una galaxia satélite
perturbando el brazo espiral de la galaxia primaria. Un ejemplo de
perturbación mayor sería una colisión galáctica.
Mientras que las estrellas dentro de una
galaxia están separadas por distancias muy grandes comparadas con sus
tamaños, las galaxias están separadas de sus vecinas más cercanas por
distancias que son mucho más pequeñas cuando se comparan con las
distancias entre las estrellas dentro de las galaxias. Así, no son
inusuales las colisiones entre galaxias conforme éstas se mueven a
través del espacio intergaláctico. Cuando las galaxias colisionan se
penetran unas a otras y se producen choques de estrellas y las nubes de
gas, en una galaxia, son comprimidas y frenadas por nubes de gas de la
otra galaxia. Las órbitas de las estrellas pueden ser sustancialmente
perturbadas (debido a la fuerza gravitacional que una galaxia ejerce
sobre la otra) y la comprensión de las nubes de gas puede estimularlas a
colapsar y formar estrellas con una tasa especialmente alta.
Las
colisiones a bajas velocidades entre las galaxias pequeñas o medianas
producen a menudo un incremento en la tasa de formación local de
estrellas pero, en las colisiones a altas velocidades que son frecuentes
entre las grandes galaxias, la energía de la colisión puede hacer que
el gas se caliente tanto que no le resulte fácil enfriarse hasta el
estado en el que puede concentrarse para formar estrellas.
Debido
a la distribución extremadamente tenue de la materia en las galaxias,
no se trata de colisiones propiamente dichas, sino más bien de
interacción gravitacional. Una colisión puede comportar una fusión de galaxias. Eso sucede cuando dos galaxias chocan y no tienen suficiente cantidad de movimiento
para continuar el viaje después de la colisión. Entonces, poco a poco
se unen hasta formar una sola galaxia. Si una de las galaxias que choca
es mucho mayor que la otra, quedará bastante intacta después de la
fusión, es decir, la galaxia mayor parecerá más o menos como antes,
mientras que la pequeña será desmembrada y pasará a formar parte de la
grande. Si una galaxia pasa a través de la otra la perturbación de la
forma de la galaxia es menor que en la fusión ya que las dos galaxias
mantienen su material y su forma después de atravesarse.
Interacción satélite
Una galaxia gigante interactuando con su galaxia satélite
es bastante común. La gravedad de la galaxia satélite puede atraer uno
de los brazos espirales de la galaxia primaria. O incluso la galaxia
satélite puede hundirse en la primaria (ejemplo Galaxia elíptica enana
de Sagitario). Eso puede provocar una pequeña cantidad de formación
estelar. El satélite puede ser una aspiradora y absorber algunas de las
estrellas de la primaria o al revés.
Canibalismo galáctico
El ‘canibalismo galáctico ’se
refiere al proceso por el cual una galaxia grande, a través de
interacciones gravitacionales de marea con una compañera, se fusiona con
la compañera, conformando una galaxia mayor y a menudo irregular.
El resultado más común de la fusión
gravitacional de dos o más galaxias es una galaxia irregular, que tanto
puede ser elíptica como espiral.
Se ha sugerido que el canibalismo
galáctico está sucediendo actualmente entre la Vía Láctea y las nubes de
Magallanes. Como prueba de esta teoría se aducen los flujos de
hidrógeno en forma de arco de forma gravitacional atraídos hacia la Vía
Láctea desde estas dos galaxias enanas (corriente magallánica).
Galaxias importantes en interacción
Nom | Tipo | Distancia (millones al) |
Magnitud | Notas |
Galaxia Remolino (M51) | SAc (SB0-a) | 37 | +8.4 | Satélite interactuando con su primaria |
NGC 2207 y IC 2163 | SAc/SAbc | 114 | +11 | Galaxias en la primera fase de colisión galáctica |
Galaxias de los ratones (IC 819/20) |
S0/SB(s)ab | 300 | +13.5 | Galaxias en la segunda fase de colisión galáctica |
NGC 1097 | SB(s)bc (E6) | 45 | +9.5 | Satélite interactuando con su primaria |
Galaxias Antennae (NGC 4038/9) |
SAc/SBm | 68 | +10.3 | Galaxias en la tercera fase de colisión galáctica |
NGC 520 | S | 100 | +11.3 | Galaxias en la tercera fase de colisión galáctica |
Galaxias Satélite
Una galaxia satélite es una galaxia que orbita alrededor de una galaxia mayor, debido a la atracción gravitacional. En un par de galaxias orbitantes, si una es considerablemente mayor que la otra, entonces la mayor se llama “primaria” y la más pequeña sería la satélite. Si dos galaxias orbitantes tienen aproximadamente el mismo tamaño, entonces se dice que forman un sistema binario.Clasificación de las Galaxias
Existen muchos tipos diferentes de
galaxias. Los diferentes tipos de galaxias no sólo parecen diferentes,
sino que también tienen diferentes historias evolutivas. Las tres clases
fundamentales de galaxias son elípticas, espirales e irregulares. Estas
categorías se dividen a su vez en subclases, a menudo ilustradas usando
el diagrama de diapasón de Hubble . Originalmente, los científicos
pensaron que este diagrama podía haber representado una secuencia
evolutiva de las galaxias, pero hoy sabemos que esto no es verdad. La
formación y evolución de las galaxias es un proceso complejo que aún se
entiende poco.
Históricamente, las galaxias han sido
clasificadas de acuerdo a su forma aparente (morfología visual, como se
le suele nombrar). Una forma común es la de galaxia elíptica, que, como
lo indica su nombre, tiene el perfil luminoso de una elipse. Las
galaxias espirales tienen forma circular pero con estructura de brazos
curvos envueltos en polvo. Galaxias con formas irregulares o inusuales
se llaman galaxias irregulares, y son, típicamente, el resultado de
perturbaciones provocadas por la atracción gravitacional de galaxias
vecinas. Estas interacciones entre galaxias vecinas (que pueden provocar
la fusión de galaxias) pueden inducir el intenso nacimiento de
estrellas. Finalmente tenemos las galaxias pequeñas que carecen de una
estructura coherente y a las que también se les llama galaxias
irregulares.
Tipos de galaxias de acuerdo al esquema de clasificación de Hubble.Las galaxias tienen tres configuraciones distintas: elípticas, espirales e irregulares. Una descripción algo más detallada, basada en su apariencia, es la provista por la secuencia de Hubble, propuesta en el año 1936. Este esquema, que sólo descansa en la apariencia visual, no toma en cuenta otros aspectos, tales como la tasa de formación de estrellas o la actividad del núcleo galáctico.
Secuencia de Hubble
La secuencia de Hubble es una clasificación de tipos de galaxias desarrollada por Edwin Hubble en 1936. También se la conoce como diagrama diapasón a consecuencia de la forma de su representación gráfica. Los tipos de galaxias se dividen como sigue:
Hubble basó su clasificación en fotografías de las galaxias tomadas con telescopios
de la época. Al principio creyó que las galaxias elípticas eran una
forma inicial, que posteriormente evolucionaba a espirales; nuestro
conocimiento actual sugiere que la situación es más o menos opuesta, no
obstante esta creencia dejó su impronta en la jerga de los astrónomos
que aun hablan de “tipo primitivo” o “tipo avanzado” de galaxias de
acuerdo a si la galaxia aparece a la izquierda o la derecha del
diagrama.
Galaxia Elíptica
(E0-7) tienen forma elíptica, con una
distribución bastante uniforme de las estrellas por todas partes. El
número indica el grado de excentricidad: las galaxias E0 son casi
redondas, mientras E7 son muy aplanadas. El número indica solo la
apariencia de la galaxia en el cielo, no su geometría real.También se
puede decir que el número indica su excentricidad multiplicada por 10.
Las galaxias elípticas son llamadas así
porque tienen formas elípticas: parecen huevos grandes borrosos o
pelotas de rugby. Las estrellas, en las galaxias elípticas, no se
esparcen en un disco delgado como ocurre en las galaxias espirales sino
que se distribuyen alrededor del centro de la galaxia, uniformemente, en
todas direcciones. Las elípticas tienen brillos que varían suavemente,
disminuyendo gradual y constantemente, del centro hacia fuera. Si se
observa una superficie con forma elíptica que rodea el centro de una
galaxia elíptica, todas las estrellas, en esa superficie, tendrán
brillos similares. Las galaxias elípticas son también, casi todas, del
mismo color: algo más rojas que el Sol. En el diagrama de diapasón son
clasificadas como E, seguidas de un número indicando cuán elíptica es
una galaxia dada. Cuanto más alto el número, más elíptica, o sea, más
larga que ancha.
El color rojizo de las elípticas (así
como también otras observaciones más detalladas) nos dice algo
importante sobre sus historias. El color rojo de las galaxias viene de
las estrellas más viejas y frías. El hecho de que la mayor parte de la
luz proviene de estrellas viejas sugiere que muchas elípticas se
formaron hace mucho tiempo. El hecho de que el color de una elíptica sea
más o menos el mismo a través de la galaxia, sugiere que la mayoría de
las estrellas, en estas galaxias, se formaron en la misma época.
Además, muchas galaxias elípticas, en el
universo, se encuentran cerca de otras galaxias elípticas, en cúmulos de
galaxias. En estos cúmulos, cerca del 75% de las galaxias son
elípticas. Esta acumulación también sugiere que se formaron hace mucho
tiempo porque las galaxias probablemente se formaron primero en regiones
de alta densidad como cúmulos de galaxia.
Las galaxias más grandes, en el universo,
son las galaxias elípticas gigantes. Ellas pueden contener un billón de
estrellas, o más, y alcanzar un tamaño de unos dos millones de años
luz -unas 20 veces el de la Vía Láctea -. Algunas de ellas parecen
contener agujeros negros supermasivos en sus corazones – monstruos que
engullen estrellas, que son hasta tres mil millones de veces más pesados
que el Sol -. Estas galaxias elípticas gigantes están en los corazones
de los cúmulos de galaxias.
Su apariencia muestra escasa estructura
y, típicamente, tienen relativamente poca materia interestelar. En
consecuencia, estas galaxias también tienen un escaso número de cúmulos
abiertos, y la tasa de formación de estrellas es baja. Por el contrario,
estas galaxias están dominadas por estrellas viejas, de larga
evolución, que orbitan en torno al núcleo en direcciones aleatorias. En
este sentido, tienen cierto parecido a los cúmulos globulares.
Galaxia Espiral
Las galaxias espirales, como la de la
izquierda, tienen discos delgados de estrellas con bulbos brillantes,
llamados núcleos, en sus centros. Los brazos espirales se envuelven
alrededor de estos bulbos. Un halo esférico de estrellas extenso
envuelve al núcleo y a los brazos. Los brazos espirales, probablemente,
se formaron como resultado de ondas que barren el disco galáctico. Como
las ondas en el océano, las también llamadas “ondas de densidad” no
transportan nada de materia con ellas – se mueven interrumpiendo el
tránsito de la materia por la que pasan. En el caso de las galaxias, las
ondas de densidad presionan las nubes de gas interestelar, causando que
nuevas estrellas se formen dentro de las nubes.
Algunas estrellas nacidas a partir de
allí son masivas, calientes y brillantes, por lo que hacen que
los brazos espirales sean brillantes. Estas estrellas masivas son azules
o blancas, por lo que los brazos espirales también parecen blanco
azulados. Vistos de perfil, los brazos espirales, a menudo,
parecen surcos oscuros porque contienen mucho polvo interestelar que
bloquea la luz del bulbo. Los espacios entre los brazos contienen las
estrellas más viejas que no son tan brillantes. Aún así, los núcleos de
las espirales son, a menudo, rojos, como las galaxias elípticas,
sugiriendo que están compuestos por estrellas más viejas.
En algunas espirales, las ondas de
densidad organizan las estrellas del centro en una barra. Los brazos de
las galaxias espirales barradas forman espirales hacia afuera a partir
de los extremos de la barra. La Vía Láctea puede caer en esta clase de
espirales, llamadas espirales barradas.
En el sistema de diapasón de Hubble, las
espirales normales son designadas como “S” y las variedades barradas
“SB”. A cada una de estas clases, a su vez, se las clasifica en tres
subclases, de acuerdo al tamaño del núcleo y el grado en que los brazos
espirales se enrollan. Las tres subclases se denotan con las letras
minúsculas “a”, “b” y “c”. También hay algunas galaxias intermedias
entre las elípticas y las espirales. Estas galaxias intermedias tienen
la forma del disco característica de las espirales, pero no tienen
brazos espirales. Estas formas intermedias tienen la designación “S0″.
Tres galaxias espirales se muestran abajo.
Las galaxias espirales son discos
rotantes de estrellas y materia interestelar, con una protuberancia
central compuesta principalmente por estrellas más viejas. A partir de
esta protuberancia se extienden unos brazos en forma espiral, de brillo
variable.
(Sa-d): Galaxia de forma espiral con brazos de formación estelar.
Las letras minúsculas indican cuán sueltos se encuentran los brazos,
siendo “a” los brazos más apretados y “d” los más dispersos.
Galaxias lenticulares
(SO) parecen tener una estructura de disco con una concentración de
estrellas central proyectándose de él. No muestran ninguna estructura
espiral.
Galaxias espirales (Sa-c)
tienen una concentración de estrellas central y un disco aislado que
presenta brazos espirales. Los brazos están centrado alrededor de la
protuberancia, variando de los muy arremolinados y poco definidos (Sa) a
los muy sueltos y definidos (Sc y Sd). Asimismo, mientras que en las
primera la concentración central es muy pronunciada, en estos últimos lo
es bastante menos, y -salvo excepciones- la cantidad de estrellas
jóvenes y la proporción de gas van aumentando a lo largo de la
secuencia.
Galaxias espirales barradas (SBa-c)
tienen una estructura en espiral, similar a las galaxias espirales pero
los brazos se proyectan desde el final de una “barra” central en lugar
de emanar de una concentración central, como cintas en los extremos de
una batuta. De nuevo, SBa a SBd indica como de arremolinados están estos
brazos y el grado de desarrollo de la concentración central y -de
nuevo, salvo excepciones- al ir progresando en la secuencia, la cantidad
de gas y estrellas jóvenes va aumentando.
Galaxias espirales intermedias (SABa-d) tienen una morfología intermedia entre las galaxias espirales y las galaxias espirales barradas.
Galaxia Irregular
La última clase de galaxias,
“irregulares”, contiene una mezcla de formas -algo que no parece ni
espiral ni elíptica-. Cualquier galaxia de forma no identificada – cuyas
estrellas, gas y polvo se esparcen al azar- se clasifica como
irregular. Las irregulares son las galaxias más pequeñas, y pueden
contener no más de un millón de estrellas. Pueden ser los ladrillos para
formar las primeras galaxias grandes. Muchas galaxias irregulares
pequeñas orbitan la Vía Láctea, incluyendo a las Nubes Mayor y Menor de
Magallanes.
Una galaxia irregular es una galaxia que
no encaja en ninguna clasificación de galaxias de la secuencia de
Hubble. Son galaxias sin forma espiral ni elíptica.
Las galaxias enanas irregulares suelen
etiquetarse como dI. Algunas galaxias irregulares son pequeñas galaxias
espirales distorsionadas por la gravedad de un vecino mucho mayor.
Apenas un 5% de las galaxias brillantes reciben el nombre de galaxia irregular.
Hubble reconoció dos tipos de galaxias
irregulares, Irr I e Irr II. Irr I es el tipo más común de galaxias
irregulares. Este tipo parece ser una extensión de las galaxias
espirales, más allá de Sc, en galaxias con estructura espiral no
discernible. Las galaxias Irr I son azules, muy dispersas, y con poco o
ningún núcleo. Las galaxias Irr II son raras. Este tipo incluye varios
tipos de galaxias caóticas que parecen haberse formado de muchas formas
diferentes.
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