Galaxia, Concepto, características y tipos
Una galaxia es una vasta agrupación de millones o incluso miles de millones de estrellas, todas ellas sometidas a la influencia de la gravedad y moviéndose en órbitas alrededor de un núcleo común. Las estrellas que se pueden observar sin telescopios desde la Tierra forman parte de nuestra propia galaxia, conocida como la Vía Láctea. Nuestro Sol es solo una de las muchas estrellas dentro de ella. Además de las estrellas y los planetas, las galaxias albergan cúmulos estelares, hidrógeno en sus distintas formas, compuestos moleculares complejos que incluyen elementos como carbono, nitrógeno, silicio y hidrógeno, junto con partículas de rayos cósmicos.
A lo largo de la historia, las galaxias se han agrupado según su forma visible o morfología. Un tipo común es la galaxia elíptica, cuyo perfil luminoso recuerda a una elipse. Por otro lado, las galaxias espirales presentan una estructura circular con brazos curvados que contienen grandes cantidades de polvo estelar. Existen también las galaxias irregulares, que tienen formas desordenadas, generalmente producto de la influencia gravitacional de galaxias cercanas. Estas interacciones gravitacionales pueden llevar a la fusión de galaxias y generar una intensa actividad de formación estelar. Finalmente, las galaxias pequeñas, que no tienen una estructura definida, también son consideradas galaxias irregulares.
Índice de contenidos
Introducción
El astrónomo persa al-Sufi fue reconocido como el primero en documentar el tenue resplandor en la constelación de Andrómeda, que hoy sabemos que corresponde a una galaxia vecina a la nuestra. En 1780, el astrónomo francés Charles Messier elaboró un catálogo de objetos no estelares que incluía 32 de ellos que hoy en día identificamos como galaxias. Estas galaxias reciben su nombre por el número asignado por Messier (M); la galaxia de Andrómeda, por ejemplo, es conocida como M31.
Durante el siglo XIX, los astrónomos William y Caroline Herschel, junto con John Herschel, catalogaron miles de galaxias. Desde principios del siglo XX, los avances en las exploraciones fotográficas han permitido el descubrimiento de muchas más galaxias, aunque, debido a las vastas distancias que las separan de la Tierra, suelen aparecer como diminutas manchas en las fotografías, dificultando su diferenciación de las estrellas. La galaxia más grande conocida tiene alrededor de trece veces la cantidad de estrellas que la Vía Láctea.
En 1912, el astrónomo estadounidense Vesto M. Slipher, desde el Observatorio Lowell en Arizona, observó que las líneas espectrales de todas las galaxias se desplazaban hacia el rojo, un fenómeno conocido como el desplazamiento hacia el rojo (véase Desplazamiento hacia el rojo; Espectroscopia). Edwin Hubble, otro astrónomo estadounidense, interpretó esta observación como prueba de que las galaxias se alejan unas de otras, lo que llevó a la conclusión de que el Universo se está expandiendo. Aunque no está claro si esta expansión continuará indefinidamente o si la materia del Universo será suficiente para desacelerarla y hacer que las galaxias eventualmente se reúnan de nuevo.
Clasificación de las galaxias
Cuando se observan galaxias con telescopios avanzados, la luz que se detecta generalmente proviene de la mezcla de las estrellas, y solo en las galaxias cercanas es posible identificar estrellas individuales. Las galaxias presentan una variedad notable de formas. Algunas tienen un perfil completamente esférico con un núcleo brillante.
Estas son las galaxias elípticas, que contienen una población mayoritaria de estrellas viejas, con poco gas y polvo, y algunas estrellas jóvenes.Las galaxias elípticas varían considerablemente en tamaño, desde gigantescas hasta enanas.
En contraste, las galaxias espirales son discos aplastados que no solo albergan algunas estrellas antiguas, sino también una gran cantidad de estrellas jóvenes, abundante gas y polvo, y nubes moleculares donde nacen nuevas estrellas. En muchas de estas galaxias, las regiones con estrellas jóvenes brillantes y gas están organizadas en grandes brazos espirales que rodean la galaxia. Normalmente, un halo de estrellas viejas y tenues rodea el disco, y existe una protuberancia central más pequeña que emite dos chorros de materia energética en direcciones opuestas.
Existen también las galaxias irregulares, que también son discos, pero su estructura no sigue una forma espiral. Estas galaxias contienen gran cantidad de gas, polvo y estrellas jóvenes, pero su forma no está organizada como las espirales. Por lo general, estas galaxias se encuentran cerca de otras más grandes, y su apariencia irregular es probablemente el resultado de perturbaciones gravitacionales causadas por la interacción con galaxias más masivas.
Algunas galaxias particularmente inusuales se agrupan en pequeños conjuntos de dos o tres, y las interacciones entre ellas han provocado distorsiones en sus brazos espirales, lo que resulta en discos deformados y largas colas con forma de serpentina.
Los quásares son objetos que parecen ser estelares o casi estelares, pero debido a su gran desplazamiento hacia el rojo, se sabe que se encuentran a distancias extremadamente lejanas (véase Radioastronomía). Muchos astrónomos creen que los quásares son galaxias activas con núcleos que albergan agujeros negros de gran tamaño. Estos objetos probablemente están estrechamente relacionados con las radiogalaxias y con los objetos tipo BL Lacertae.
Determinación de distancias extra galácticas
Medir la distancia a una galaxia es un desafío, ya que es imposible hacerlo solo con observaciones visuales, pues una galaxia puede ser grande y distante o pequeña y cercana. Para calcular las distancias, los astrónomos comparan el brillo o tamaño de objetos dentro de una galaxia desconocida con los de nuestra propia galaxia. Entre los métodos más útiles se encuentran el estudio de estrellas brillantes, supernovas, cúmulos estelares y nubes de gas. Las estrellas del tipo cefeidas son especialmente valiosas, ya que su brillo varía periódicamente de acuerdo con un ciclo de pulsación que está relacionado con su brillo intrínseco.
Al medir el período de pulsación y compararlo con el brillo aparente, se puede calcular la distancia a la galaxia. Además, la velocidad de las estrellas al orbitar el centro de la galaxia depende del brillo y la masa de la galaxia misma. Las galaxias que rotan rápidamente son muy luminosas, mientras que las de rotación más lenta son más débiles. A través de la medición de la velocidad orbital de las estrellas y el brillo intrínseco de una galaxia, es posible deducir su distancia.
Distribución de las galaxias
Las galaxias no están distribuidas de manera uniforme por el espacio, sino que tienden a agruparse. Un mapa que cubre el 10% del cielo muestra la distribución de dos millones de galaxias, sugiriendo que las galaxias están dispuestas en grandes superficies de burbujas conectadas que rodean los vastos vacíos del espacio.
La mayoría de las galaxias no están solas, sino que forman agrupaciones de diferentes tamaños. Nuestro sistema solar pertenece al “Grupo Local”, una pequeña agrupación que incluye unas 20 galaxias, siendo la Vía Láctea y Andrómeda las dos principales. La Vía Láctea tiene entre 100.000 y 200.000 millones de estrellas, y Andrómeda es similar. Además, existen pequeñas galaxias satélites como las Nubes de Magallanes. El cúmulo más cercano es el de Virgo, que junto con otros cúmulos forma el Supercúmulo Local.
Los cúmulos y supercúmulos se mueven en la misma dirección, lo que podría ser explicado por la influencia gravitatoria de un supercúmulo oculto detrás de nuestra galaxia. Los estudios sugieren que el Universo tiene una estructura en filamentos, con supercúmulos de galaxias organizados en largas estructuras fibrosas, separadas por vacíos. La materia oscura podría ser responsable de esta estructura, ya que se cree que existe en grandes cantidades y genera los campos gravitatorios que la mantienen.
Rotación de las galaxias espirales
Las estrellas y el gas de una galaxia espiral se mueven en órbitas alrededor de su centro. Estos movimientos se estudian observando las posiciones espectrales de las galaxias. En las galaxias espirales, las estrellas siguen órbitas circulares cuya velocidad aumenta a medida que la distancia al centro de la galaxia crece. En el borde de una galaxia espiral, se han medido velocidades de hasta 300 km/s a distancias de 150.000 años luz.
Esta relación entre la velocidad y la distancia es distinta a la del Sistema Solar, donde la velocidad de los planetas disminuye con la distancia al Sol. Este comportamiento sugiere que la masa de las galaxias no está concentrada en el centro, sino que una gran parte de la masa se encuentra lejos del núcleo, aunque es tan débil que solo se detecta por su atracción gravitacional. Esto ha llevado a la teoría de que gran parte de la masa del Universo está compuesta de materia oscura.
Radiación desde una galaxia
El aspecto visual de una galaxia se obtiene a través de observaciones ópticas. Sin embargo, para entender su composición y el movimiento de las estrellas, se utilizan estudios espectroscópicos. Las investigaciones en la región de radio del espectro electromagnético son fundamentales, ya que el gas hidrógeno de los brazos espirales de una galaxia emite radiación en esa región. El polvo caliente en los núcleos y en los brazos espirales irradia en la zona infrarroja del espectro.
Además, algunas galaxias emiten más energía en la región óptica. Los estudios de rayos X han revelado que los halos galácticos contienen gas a temperaturas extremadamente altas, alcanzando millones de grados. Esta radiación también se detecta en objetos como cúmulos globulares, fragmentos de supernovas y gas caliente en cúmulos de galaxias. Las observaciones ultravioleta han proporcionado más detalles sobre el gas en los halos y la evolución de las estrellas jóvenes en las galaxias.
