¿Cómo se construyen las galaxias?       

 

 

 

Por Michael E. Bakich.

Traducción y comentarios: Jesús Guerrero. ALDA.

26 de enero de 2021.

 

Hace unos 13 mil millones de años, nuestra galaxia se formó a raíz del Big Bang.

 

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La Vía Láctea se arquea sobre el bosque del Parque Nacional Yosemite en California. Crédito: Casey Horner.

 

Desde un lugar oscuro en una clara noche de invierno, el cielo del hemisferio norte está dominado por una banda de luz difusa que se ha llamado Vía Láctea durante más de 2.000 años. Comenzando en el norte, su sección más densa serpentea a través de las constelaciones de Perseo, Auriga, Tauro, Géminis, Monoceros, Canis Major y Puppis, antes de desaparecer bajo el horizonte sur.

 

Apunte un telescopio en su dirección y confirmará lo que el astrónomo  italiano Galileo Galilei vio a través de su primer instrumento: la Vía Láctea está formada por innumerables estrellas. Por supuesto, los últimos 400 años también han revelado otras características. Entre ellos se encuentran nebulosas brillantes y oscuras, cúmulos de estrellas y los restos de soles muertos que se desvanecen. Durante gran parte de esos cuatro siglos, los astrónomos centraron sus esfuerzos en estudiar nuestra galaxia. Aprendieron su tamaño, forma, masa, movimiento y mucho más. Sin embargo, queda una gran pregunta: ¿Cómo se formó la Vía Láctea?

 

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Esta es la Vía Láctea, lo mejor que podemos mapearla desde nuestro punto de vista dentro de ella. Está dominado por dos brazos principales, el Brazo Perseo y el Brazo Scutum-Centaurus, y tiene varios otros brazos menores. Crédito: NASA / JPL-Caltech / R. Herido (SSC / Caltech).

 

¿De arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba?

 

Históricamente, ha habido dos líneas generales de pensamiento sobre cómo se forman las galaxias.

 

El primero en afianzarse fue el modelo "de arriba hacia abajo" de formación  de galaxias. Este escenario postula que se formaron láminas gigantes de materia primero y luego se dividieron en unidades más pequeñas del tamaño de una galaxia que colapsaron en las estructuras de disco familiares que vemos hoy. El primer modelo descendente de formación de galaxias apareció en 1962. Por lo general, se lo conoce como ELS, porque los científicos que lo desarrollaron fueron el astrónomo estadounidense Olin Jeuck Eggen, el astrofísico británico Donald Lynden-Bell y el astrónomo estadounidense Allan Sandage.

 

Pero gracias a la evidencia de los poderosos telescopios modernos, la gran  mayoría de los investigadores galácticos ahora piensan que es más probable que la Vía Láctea se haya formado de forma "de abajo hacia arriba". Este modelo describe las uniones de protogalaxias: pequeñas gotas de gas que evolucionaron a galaxias enanas en el Universo temprano y se fusionaron entre sí para formar galaxias más grandes.

 

La evidencia de que las fusiones son la forma principal de formar galaxias  proviene del Proyecto Hubble Deep Field, iniciado en 1995, y sus esfuerzos de seguimiento, que buscaban hacer las imágenes más sensibles jamás vistas en luz visible. Estas imágenes de parches de cielo por lo demás indescriptibles muestran galaxias distantes y numerosos objetos en forma de gotas que parecen ser protogalaxias. Los científicos creen que estos fragmentos se fusionaron para formar las galaxias más grandes que ahora observamos. Si esto es correcto, la Vía Láctea probablemente se formó cuando las nubes de gas y los cúmulos de estrellas en el Universo temprano se unieron para crear el núcleo de la galaxia. Algunos investigadores creen que la Vía Láctea puede haber surgido de la fusión de 100 o más galaxias pequeñas a lo largo del tiempo.

 

Otra teoría ascendente establece que muchos halos de materia oscura, cada  uno con aproximadamente la masa de un cúmulo globular, se formaron después del Big Bang. A través de la gravedad, estos halos se fusionaron y atrajeron materia bariónica (normal), que finalmente se enfrió lo suficiente como para contraerse y formar galaxias como la Vía Láctea.

 

Una vez que se formaron estas galaxias iniciales, comenzaron a atraerse  entre sí para formar grupos (en nuestro caso, el Grupo Local) y finalmente cúmulos de galaxias (como el vecino Cúmulo de Virgo). Esta teoría en particular también predice muchas galaxias pequeñas y relativamente pocas grandes. Y eso es precisamente lo que vemos al contemplar el Universo.

 

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Las protogalaxias estallan con estrellas y burbujas de gas de supernovas y vientos estelares en la ilustración de este artista del Universo temprano. Crédito: Adolf Schaller, STScI.

 

Una galaxia en crecimiento.

 

Aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, la Vía Láctea  había acumulado una gran cantidad de masa. A medida que se asentaba en el núcleo, el giro lento inicial de la galaxia se aceleró debido a la conservación del momento angular. La esfera giratoria de material se convirtió rápidamente en un disco. Las generaciones posteriores de estrellas, incluido el Sol, se formaron en el disco.

 

Pero aunque se había convertido en una galaxia, la Vía Láctea no había  terminado de crecer. Con el tiempo, nuestra galaxia ha crecido aún más gracias a la acumulación de gas. Actualmente, gran parte de ese gas proviene de las Nubes (Grande y Pequeña) de Magallanes, las dos galaxias satélites más grandes de la Vía Láctea. Los astrónomos llaman a esta afluencia, que fue descubierta en 1965, la Corriente de Magallanes.

 

Otra fuente de gas para nuestra galaxia es la Nube Smith, descubierta en  1963 por Gail P. Smith, una estudiante estadounidense que entonces estudiaba astronomía en la Universidad de Leiden en los Países Bajos. Esta nube de hidrógeno tiene aproximadamente 10.000 años luz de largo y 3.000 años luz de ancho. Los astrónomos estimaron originalmente su masa entre 1 millón y 2 millones de veces la del Sol. Los estudios actuales, sin embargo, indican que puede tener un halo de materia oscura de hasta 100 veces esa masa. Si es así, una mejor clasificación para la Nube Smith podría ser una galaxia enana. Se dirige hacia la Vía Láctea a 320.000 km/h y debería comenzar a chocar con el Brazo de Perseo de nuestra galaxia en unos 27 millones de años.

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Los astrónomos usan diagramas de color y magnitud para trazar la evolución de las galaxias. Cuando nacen las galaxias, sus estrellas jóvenes arden en azul. Pero a medida que las galaxias envejecen y crecen mediante fusiones, pasan al valle verde antes de unirse a la secuencia roja. Crédito: Astronomía: Roen Kelly, según Gavazzi et al. 2010.

 

De disco a esfera.

 

Al estudiar un gran  número de galaxias, los cosmólogos han llegado a la conclusión de que existen tres tipos. Esto se hace evidente al colocar las galaxias en un diagrama de magnitud de color, que traza su brillo real en un eje y su masa en el otro. Las galaxias espirales o de disco, que son azules con la luz de estrellas jóvenes y calientes, caen en una región del diagrama llamada nube azul.

 

El segundo grupo, llamado elípticas, consiste en galaxias que están llenas de  viejas estrellas rojas. Estos forman una región del diagrama llamada secuencia roja. Algunas galaxias elípticas son los objetos más grandes del Universo. Sus estrellas orbitan el centro al azar y no giran juntas como las de las galaxias de disco.

 

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Estos ejemplos de pares de galaxias que interactúan, en el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda, NGC 5394/5, NGC 2623, NGC 3921 y NGC 6052, muestran cómo el proceso de fusión destruye sus estructuras espirales. Crédito: En el sentido de las agujas del reloj desde la esquina superior izquierda: Observatorio Internacional Gemini / NOIRLab / NSF / AURA; ESA / Hubble y NASA; ESA / Hubble y NASA; ESA / Hubble y NASA, A. Adamo et al.

 

Los astrónomos ahora piensan que las galaxias de disco se formaron primero  y luego evolucionaron a galaxias elípticas a través de fusiones de galaxias que destruyeron su estructura plana. Los investigadores pueden señalar muchos ejemplos de galaxias fusionadas, la mayoría de las cuales involucran dos espirales que están unidas gravitacionalmente, y tal vez lo hayan estado desde su formación. Si ambas galaxias tienen casi la misma masa, la única galaxia formada una vez que se complete la fusión no se verá como ninguna de ellas: será una galaxia elíptica.

 

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El resultado final de las fusiones galácticas es una galaxia elíptica gigante, como NGC 1316 en la constelación de Fornax. Sus carriles de polvo son evidencia residual de las galaxias ricas en gas que lo crearon. Crédito: NASA, ESA y The Hubble Heritage Team (STScI / AURA); Reconocimiento: P. Goudfrooij (STScI).

 

Entre la nube azul y la secuencia roja se encuentra el valle verde, una región  donde las galaxias de nubes azules están envejeciendo hasta convertirse en galaxias de secuencia roja. La Vía Láctea se asienta dentro del valle verde, aunque es algo extraño; las mediciones de otras galaxias similares a la nuestra sugieren que se encuentra entre las galaxias espirales más rojas y brillantes que todavía están formando nuevas estrellas.

 

Pero la Vía Láctea y otros miembros del valle verde se están quedando sin gas. Las simulaciones por computadora muestran que toda la formación de estrellas en la Vía Láctea se detendrá en unos 5 mil millones de años. Eso explica el aumento en la formación de estrellas cuando la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda choquen. El producto de esta fusión probablemente será una galaxia elíptica roja gigante.

 

Por lo tanto, unos 19 mil millones de años después del Big Bang, la Vía  Láctea comenzará su declive lento pero inexorable y, dentro de un billón de años, el final llegará cuando su última estrella desaparezca de la visibilidad.

 

Fuente:

https://astronomy.com/magazine/news/2021/01/the-beginning-to-the-end-of-the-universe-how-to-build-a-galaxy