AVE Galaxias Las galaxias Las galaxias son conglomerados estelares que poseen en promedio miles de millones de estrellas, gas, polvo y materia oscura. Las estrellas de las galaxias pueden tener planetas y centenares de cuerpos más pequeños. Así, las galaxias son los conglomerados estelares por excelencia. Existen galaxias de

distintas masas y formas. Las elípticas son de tamaños gigante, intermedio y chico. Sus

masas van desde un millón hasta cien billones de masas solares. Las espirales son

intermedias con masas entre 3 000 millones y un billón de masas solares. Las irregulares

son enanas y se ubican entre 100 millones y 3 000 millones de masas solares.

Los conglomerados estelares por excelencia son las galaxias. La Vía Láctea que es la agrupación a la que pertenece el Sol. Posee cien mil millones de estrellas, cada una con sus planetas y cuerpos menores; incluye nubes de gas y polvo dónde nacen las estrellas y sobre todo, halos de materia oscura que la mantiene unida, de otra manera las estrellas se escaparían.

Figura. Cúmulo de galaxias. Cada objeto de aspecto nebuloso es un conglomerado de

miles de millones estrellas.(Hubble Space Telescope)

Las galaxias tienen distintas masas y formas que permiten clasificarlas. Las elípticas

pueden ser de tamaño gigante, intermedio y chico. Sus masas van desde un millón hasta

cien billones de masas solares. Son las más abundantes. Las galaxias elípticas han agotado

casi todo su gas y en consecuencia casi no forman estrellas. En la región central de los

mayores cúmulos de galaxias se encuentran una o dos galaxias elípticas muy masivas que

alcanzan masas hasta de 100 billones de masas solares y que se han formado por fusión de

varias galaxias; algunas incluso poseen dos núcleos.

Figura. Las galaxias gigantes elípticas son las más evolucionadas. Contienen mucho menor cantidad de gas que las espirales y aun menos que las enanas. (Telescopio Espacial Hubble.)

Las galaxias espirales son intermedias con masas entre 3 000 millones y un billón de masas

solares. Son las más hermosas; de canto se ven aplanadas y de frente tienen espectaculares brazos formados por estrellas jóvenes y gas que las hacen parecer remolinos o rehiletes

Figura. Galaxia espiral. La región central es la más brillante pues es dónde la densidad de estrellas es mayor. Los brazos espirales contienen nubes de formación estelar y

dominan el disco de la galaxia. En la parte externa del plano de la galaxia se observan nubes oscuras dónde en un futuro nacerán nuevas estrellas. (Telescopio Espacial Hubble) Las galaxias irregulares son enanas y se ubican entre 100 millones y 3 000 millones de

masas solares. Poseen gran cantidad de gas donde se forman estrellas nuevas. Las galaxias

enanas suelen ser satélites de las gigantes.

Figura. Las galaxias enanas son las más abundantes. Son las que poseen menor masa y mayor cantidad de gas. Son el tipo de galaxias más abundante que existe. Su debilidad no ha permitido estudiarlas con tanto detalle como a las galaxias espirales o las mayores de todas, las elípticas. (NASA)

En otras palabras las galaxias son conglomerados de entre un millón y 100 billones de

masas solares. Además contienen distintas proporciones de gas, polvo y materia oscura.

Las galaxias más comunes son las elípticas, siendo las elípticas enanas las más abundantes.

Las galaxias elípticas han agotado casi todo su gas y en consecuencia casi no forman

estrellas. la forma de las elípticas, empleando un término técnico es de elipsoides de

revolución; se observan como elipses o como círculos y tienen además profundidad. Cerca

del centro de cúmulos de galaxias con miles de galaxias elípticas se encuentran una o dos

galaxias elípticas muy masivas que alcanzan masas hasta de 100 billones de masas solares y

que se han formado de la aglomeración de galaxias más pequeñas.

Figura. Galaxia espiral vista de canto. La región central es la más brillante pues es dónde la densidad de estrellas es mayor. Los brazos espirales contienen nubes de formación estelar y dominan el disco de la galaxia. En la parte externa del plano de la galaxia se observan nubes oscuras dónde en un futuro nacerán nuevas estrellas. Esta galaxia posee un halo brillante que contiene estrellas más antiguas que las del plano y gas incandescente. (Telescopio Espacial Hubble) Las galaxias espirales son las más hermosas; de canto se ven aplanadas y de frente tienen espectaculares brazos formados por estrellas jóvenes y gas que las hacen parecer remolinos o rehiletes. Otras galaxias son más pequeñas y tienen forma irregular, las más grandes tienen estructura elíptica, semejante a la estructura de un balón alargado.

Figura. Las galaxias enanas son las más abundantes. Son las que poseen menor masa y mayor cantidad de gas. Son el tipo de galaxias más abundante que existe. Su debilidad no ha permitido estudiarlas con tanto detalle como a las galaxias espirales o las mayores de todas, las elípticas. (NASA) Las galaxias espirales suelen tener un núcleo abombado, en el interior de estos núcleos puede haber un hoyo negro formado por la aglomeración de miles de estrellas que compactadas absorben todo lo que se les acerca. Las galaxias espirales tienen

brazos más o menos enrollados, donde se forman nuevas estrellas.

Las irregulares tienen una fracción mayor de su masa en forma de gas y por consiguiente

una taza considerable de formación estelar. Muchas galaxias irregulares son satélites de las

otras. Sin embargo las galaxias satélites más abundantes son las elípticas.

Figura. Galaxia espiral barrada. (NASA) La mayor parte de la materia del universo es invisible, por eso se llama materia oscura. Forma halos alrededor de las galaxias. Nuestra galaxia igual que otras enorme galaxias posee galaxias satélites, pequeñas e irregulares. De vez en cuando alguna se incorpora a nuestro sistema. De hecho las galaxias se fusionan. Por ejemplo la galaxia de Andrómeda se mezclara con la nuestra dentro de miles de millones de años, ya viene en camino. Cuando se fusionan las galaxias las estrellas no chocan entre sí porque están tan alejadas unas de las otras. En cambio de gas se aglomera y da origen a nuevas estrellas. Las galaxias espirales como la nuestra, poseen en general dos brazos que emanan de la

parte central llamada núcleo. Allí suele haber un hoyo negro con millones de veces la masa

del Sol. El nacimiento de las nuevas estrellas se da en los brazos y estos brillan aun más si

las estrellas recién formadas iluminan el gas y lo vuelven incandescente.

Las galaxias poseen halos de gas a altas temperaturas. Las espirales y las elípticas además

tienen conglomerados de estrellas antiguas conocidos como cúmulos globulares.

Figura. Distintos tipos de galaxias. (Futurex) Las mayores galaxias de todas son las gigantes elípticas. Algunas poseen dos núcleos debido a que son el resultado de la fusión de dos galaxias. Las galaxias elípticas poseen poco gas, por lo que ya casi no hay formación de nuevas estrellas.

Figura. Las galaxias se clasifican en elípticas y espirales, con o sin barra. Además hay galaxias irregulares. (Galaxy Zoo Forum)

Figura. Las galaxias gigantes elípticas son las más evolucionadas. Contienen mucho menor cantidad de gas que las espirales y aun menos que las enanas. (Telescopio Espacial Hubble.)

Figura. Estructura de una galaxia elíptica. Posee un halo rico en cúmulos globulares. (Slideplayer)

Figura. Todas las galaxias poseen cúmulos globulares. Representan las primeras etapas de formación de las galaxias. (Australian Astronomical Observatory)

El tipo de galaxia depende de la masa. Las galaxias irregulares tienen poca masa por lo cual la formación estelar es más lenta. Las galaxias espirales tienen gran cantidad de momento angular por lo cual son aplanadas. Las galaxias elípticas ya consumieron casi la totalidad de su gas, pues su formación estelar fue rápida; no poseen estrellas jóvenes.

Las galaxias se mantienen unidas por la presencia de materia oscura. Para mapear su distribución se emplean lentes gravitacionales. Se ha descubierto que esta forma grumos, que poseen milésimos de la masa total de la galaxia. (Telescopio Espacial Hubble)

Figura. Las fluctuaciones de densidad del universo temprano favorecieron la aglomeración de gas que dio origen a las primeras estrellas y a las galaxias más antiguas.

Figura. La formación de las galaxias elípticas e irregulares difiere. La forma aplanada de las galaxias espirales se debe a su momento angular. (Person)

Figura. La fusión de galaxias favorece su crecimiento. (Telescopio Espacial Hubble)

Figura. Evolución de una galaxia elíptica. Desde la fusión nubes del gas, pasando por las primeras generaciones estelares, hasta llegar a una población de estrellas maduras y la ausencia de formación estelar reciente. (Physics News)

Figura. Galaxias elíptica con dos núcleos. Se observa claramente la lente gravitacional que la rodea. Gracias a las lentes gravitacionales se puede estimar la masa de la galaxia.(Hubble Space Telescope) Las galaxias se encuentran en casi todas direcciones y a todas las distancias posibles. Se estima que con los telescopios más poderosos alcanzamos a distinguir un billón de galaxias.

Figura. Las galaxias forman cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias tienen miles de galaxias, cada una de las grandes posee miles de millones de estrellas. (Hubble Space Telescope) Existen grupos de galaxias como el Grupo Local que tienen decenas de galaxias. Otros cúmulos como el de Coma pueden tener decenas de miles de galaxias.

Figura. El Grupo Local de galaxias y otros perteneces al Cúmulo de Virgo. (Wikipedia)

La masa dominante La masa que domina en el universo es la materia oscura. La materia oscura presenta el 84.5% de la masa total de la materia del cosmos.

Figura. Cúmulos de galaxias con sus halos de gas en rosa y materia oscura en azul. (Chandra)

Figura. Las lentes gravitacionales permiten calcular las masas de los cúmulos de galaxias. Nótese que en este cúmulo hay dos galaxias gigantes en la región central. (Telescopio Espacial Hubble)

Figura. Cuando dos cúmulos de galaxia colisionaron se atravesaron. Las galaxias y las estrellas están tan alejadas las unas de las otras que los choques directos son poco frecuentes. La materia oscura, representada en azul, se movió junto con las galaxias. En cambio el gas, en rosa, permaneció entre los cúmulos. (Ars Tecnica) Cúmulos de galaxias y la telaraña cósmica En cuanto se supo que la Vía Láctea, nuestra galaxia, era tan sólo una de entre miles de millones de galaxias, los astrónomos emprendieron con gran entusiasmo el estudio de las demás. Para 1934 ya se había hecho un descubrimiento importante: la distribución de galaxias varía con la escala, con el tamaño de espacio que estemos estudiando. Al igual que las estrellas, las galaxias se agrupan. Por ejemplo la Vía Láctea pertenece al Grupo Local que tiene unas 65 galaxias contenidas en una esfera de diez millones de años luz de diámetro. Nuestra galaxia y la de Andrómeda, bellísimas galaxias espirales con decenas de galaxias enanas que son sus satélites forman parte del grupo local. Los grupos forman cúmulos, estos pueden contener desde cientos hasta miles de galaxias. En los cúmulos más cercanos se ha observado que en el centro están las galaxias más grandes, se piensa resultan de la fusión de galaxias más pequeñas. El Grupo Local de Galaxias está en la orilla del cúmulo de galaxias de Virgo. Su enorme masa lo atrae hacia su centro a una velocidad de 3 600 kilómetros por segundo.

A gran escala se observa que los cúmulos de galaxias forman lo que se conoce como “la telaraña cósmica”, es decir forman estructuras como filamentos que rodean sitios desprovistos de galaxias.

Figura. Modelo de la “telaraña cósmica”.(Carlos Frenk) La estructura peculiar de la telaraña cósmica se debe a que en el universo temprano la materia estaba más compactada y había ondas que la atravesaban generando sitios con mayor densidad de materia donde se formaron las primeras nubes con las primeras estrellas y después las primeras galaxias. Durante la expansión del universo que inició hace 13 800 millones de años la telaraña cósmica se ha dilatado. Las regiones donde no hay galaxias son los lugares donde en el pasado remoto la densidad de materia era muy baja.

Figura. Conforme se expande es universo los filamentos de la telaraña cósmico se destacan mejor, pues es dónde la materia oscura atrae a la visible. (Carlos Frenk) Cuando cae materia a los hoyos negros de los centros de las galaxias se calienta antes de

caer y emerge en forma de chorros de gas incandescente que avanza por el espacio y

aumenta la temperatura del medio intergaláctico, a esto se le conoce como núcleo activo.

Las galaxias más grandes son las elípticas. Se piensa que estas se forman a expensas de las

pequeñas, por un proceso conocido como canibalismo galáctico, durante el cual las galaxias

se fusionan. Parte de la evidencia surge de la diversidad de edades y composición química

de los diversos grupos estelares que las constituyen.

Las galaxias forman cúmulos de galaxias, con miles de componentes. Las elípticas suelen

estar en las regiones centrales; algunas muestran dos núcleos resultado reciente de la fusión

de dos galaxias.

Es interesante constatar que en los cúmulos con más de 3 000 galaxias, no hay espirales

sino puras elípticas. Esto se debe a que han colisionado unas galaxias con otras. El cúmulo

de galaxias al que pertenecemos ha mantenido galaxias elípticas por la ausencia de choques

entre galaxias enormes. En aproximadamente 4000 millones de años la galaxia de

Andrómeda chocará contra la nuestra dando origen a una sola galaxia que será elíptica. Lo

más probable es que el sistema solar no será afectado por esta fusión.

Los cúmulos de galaxias se acomodan en torno de enormes huecos donde hay materia

escasa. El nombre técnico es la estructura filamentaria del universo.

Para tener una referencia sencilla es como si el universo a gran escala fuera un

conglomerado de burbujas, la materia está en la superficie de las burbujas que rodean

huecos. Conforme se expande el universo sería como si aumentaran de tamaño las burbujas.

El lector se preguntará cómo sabemos la forma de una galaxia. Vamos a suponer que todas

las galaxias fueran esféricas, si observáramos miles todas parecerían circulares.

En cambio si fueran planas, como una tortilla gruesa, vistas desde arriba se verían

circulares y de canto, planas. La mayor parte se verían como elipses, si suponemos que se

encuentran orientadas al azar.

Resulta que las galaxias elípticas en su mayoría se ven circulares o casi circulares, esto

significa que casi todas son esféricas y el resto son aplanadas y por eso se ven como elipses.

En cambio la mayoría de las espirales se ven como elipses, por consiguiente son

estructuras aplanadas. Algunas se ven circulares porque están vistas desde arriba, otras

aplanadas porque se ven de canto y la mayor parte se ven como elipses.

Lo anterior se puede comprobar midiendo las velocidades de las estrellas dentro de las

galaxias. Para que una galaxia sea elíptica, las órbitas de las estrellas tienen que ser

elípticas orientadas en cualquier dirección donde uno de los focos esté en el núcleo de la

galaxia. Esto es lo que se observa en las galaxias elípticas.

En una galaxia aplanada las órbitas también son elípticas, el centro está en uno de los

focos de la elipse, pero todas las órbitas están en el mismo plano. En conclusión, las órbitas

de las estrellas son elipses, en las elípticas están orientados en cualquier dirección y en las

espirales en el plano.

En el caso de las galaxias irregulares, tienen menos masa, sus formas son aplanadas, pero

dada la cantidad de brotes estelares es tan abundante y en cualquier dirección tienen aspecto

irregular.

La discusión sobre la forma de las galaxias elípticas y espirales nos muestra la manera en

que trabajan los investigadores en astronomía, para comprobar las hipótesis de dos maneras

distintas.

1- Se hacen una pregunta ¿cuál es la forma de una galaxia elíptica y de espiral?

Suponen que las elípticas son elipsoides y las espirales planas.

2- Piensan en una forma de averiguarlo. Son dos, las formas y las órbitas de las

estrellas que las constituyen.

3- Observan a un grupo grande de galaxias y obtienen imágenes.

4- Encuentran que en promedio las galaxias elípticas parecen ser elipsoides, y las

espirales parecerían ser galaxias de disco aplanadas.

5- Miden las velocidades de las estrellas en distintas regiones de la galaxia. Encuentran

que los planos de las órbitas estelares están en cualquier dirección en el caso de las

galaxias elípticas mientras que en las espirales están en el mismo plano.

En el caso de las galaxias irregulares, tienen menos masa, sus formas son aplanadas, pero

dada la cantidad de brotes estelares es tan abundante y en cualquier dirección tienen aspecto

irregular.

La discusión sobre la forma de las galaxias elípticas y espirales nos muestra la manera en

que trabajan los investigadores en astronomía, para comprobar las hipótesis de dos maneras

distintas.

1- Se hacen una pregunta ¿cuál es la forma de una galaxia elíptica y de espiral?

Suponen que las elípticas son elipsoides y las espirales planas.

2- Piensan en una forma de averiguarlo. Son dos, las formas y las órbitas de las

estrellas que las constituyen.

3- Observan a un grupo grande de galaxias y obtienen imágenes.

4- Encuentran que en promedio las galaxias elípticas parecen ser elipsoides, y las

espirales parecerían ser galaxias de disco aplanadas.

5- Miden las velocidades de las estrellas en distintas regiones de la galaxia. Encuentran

que los planos de las órbitas estelares están en cualquier dirección en el caso de las

galaxias elípticas mientras que en las espirales están en el mismo plano.