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

Nacimiento de una Galaxia

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

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:

Diagrama de Clasificación de Galaxias de Hubble

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.

Galaxia Elíptica M87

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.

Galaxia Espiral M74

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.

Galaxia Lenticular NGC 5866

(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.

Nuestra Galaxia, la Vía Láctea, es una Espiral Barrada.

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.

Galaxia Irregular Ngc1427

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.

Consúltese:

http://es.wikipedia.org/wiki/Secuencia_de_Hubble

http://es.wikipedia.org/wiki/Galaxia

http://www.todoelsistemasolar.com.ar/galaxia.htm

http://cas.sdss.org/dr7/sp/astro/galaxies/galaxies.asp

http://es.wikipedia.org/wiki/Galaxia_sat%C3%A9lite

http://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_de_galaxias