Galaxias: Formación, Evolución y Diferentes Tipos

Para explicar lo que son las Galaxias, es necesario destacar que las mismas se tratan de un conjunto de estrellas. Estas además tienen nubes de gas, planetas, polvo cósmico, materia oscura y energía. Estos elementos se unen de forma gravitatoria con una estructura más o menos definida. La procedencia de la palabra galaxia es griega, ya que ellos eran quienes atribuían el nacimiento de una galaxia a las gotas de leche derramadas en el Universo.

La creencia de los griegos, con respecto a las Galaxias, es que por la que ellos consideraban diosa: Hera. Ellos pensaban que mientras ella alimentaba a su hijo Hercules se derramaban gotas de leche en el Universo. Es entonces, cuando para ellos se le daba el nacimiento a las Galaxias. Hoy en día, la cantidad de estrellas que forman una galaxia es incontable. Sin embargo, son las que forman parte de una galaxia.

Por otra parte, también existen subestructuras como las nebulosas, los cúmulos estelares y los sistemas estelares múltiples. La clasificación histórica de las Galaxias, se hacía de acuerdo a su forma aparente. También llamada morfología visual. Se trata de una forma común es la galaxia elíptica que tiene el perfil luminoso de una elipse, de ahí proviene su nombre. Por otra parte, las galaxias espirales tienen forma circular pero con estructura de brazos curvos envueltos en polvo.

También existía otra forma de clasificarlas, con las Galaxias inusuales. También llevan el nombre de galaxias irregulares. Esta clasificación de Galaxias, son el resultado de perturbaciones provocadas por la atracción gravitacional de las galaxias vecinas. Entonces, existiendo interacciones entre galaxias vecinas, es cuando se pueden provocar la fusión de galaxias, pudiendo inducir el intenso nacimiento de estrellas.

Estudios sobre Galaxias

El resultado que se obtiene como final, a raíz de la interacción entre galaxias vecinas, son las galaxias pequeñas. Este tipo de Galaxias, son las que carecen de una estructura coherente. Por esta razón es que también se les llama galaxias irregulares. El estimado que fue publicado, según estudios del año 2016, es que existen al menos 2 billones de galaxias. Sería un total de dos millones de millones. Por supuesto, hablamos del Universo Observable.

Anteriormente se estimaba que existían diez veces menos del estimado mencionado en el párrafo anterior. Además de esto, según las investigaciones, se estima que la mayoría de las galaxias tienen un diámetro entre cien y cien mil parsecs. En cuanto a su separación, las Galaxias están usualmente separadas por distancias del orden de un millón de parsecs. El espacio intergaláctico está compuesto por un tenue gas.

La densidad media del espacio intergaláctico, no supera un átomo por metro cúbico. Además de ello, muchas de las galaxias están dispuestas en una jerarquía de agregados, los cuales son llamados cúmulos. A su vez, la jerarquía de agregados pueden formar agregados más grandes, estos son llamados supercúmulos. Por otro lado, las estructuras mayores están dispuestas en hojas o en filamentos rodeados de inmensas zonas de vacío en el universo.

Algunos astrónomos especulan que la materia oscura constituye el 90% de la masa en la mayoría de las galaxias. Pero la naturaleza de este componente no está demostrada y por ahora, aparece solo como un recurso teórico para sustentar la estabilidad observada en las galaxias. Inicialmente la materia oscura fue propuesta en 1933 por el astrónomo suizo Fritz Zwicky.

Materia oscura y formas de las galaxias

El descubrimiento en la materia oscura en las galaxias ocurrió, debido a que la rotación observada en las galaxias indicaba la presencia de una gran cantidad de materia que no emitía luz. Sin embargo, existen muchas otras galaxias además de la nuestra –La Vía Láctea–. ¡Son tantas que aún no hemos podido contarlas a todas! El Telescopio Espacial Hubble observó una pequeña porción del espacio durante 12 días.

Hubble logró descubrir diez mil galaxias de todos los tamaños, formas y colores. Algunos científicos creen que podría haber unos cien mil millones de galaxias en el universo total. Pero por ahora, solo nos podemos basar en los estudios que se hacen en el Universo Observable. En el espacio visible, existen varios tipos de Galaxias. Algunas de ellas tienen forma de espiral, como la nuestra. Tienen brazos curvados que hacen que parezcan molinetes.

También existen las galaxias que son lisas y tienen forma de óvalo. Estas son denominas galaxias elípticas. Por otra parte, también existen galaxias que no tienen forma ni de espiral ni de óvalo. Este tipo de Galaxias son de forma irregular y parecen manchas en el espacio universal. La luz que nosotros vemos de cada una de estas galaxias proviene de las estrellas en su interior.

Entre ellas existe suficiente distancia para pasearse por el entorno del espacio que les corresponde. Sin embargo, a veces las galaxias se acercan tanto, que chocan entre sí. Conforme a lo que explican algunos estudiosos sobre este tema, la Vía Láctea algún día colisionará con Andrómeda, que es su vecino galáctico más cercano. Se estima que este evento tendrá lugar dentro de cinco mil millones de años.

La buena noticia con respecto a este acontecimiento, es que las galaxias son demasiado grandes. Tanto así que están tan expandidas en los extremos que, aunque choquen entre sí, los planetas que hay entre ellas y los sistemas solares, a menudo no llegan a colisionar.

Estrellas galácticas

Gracias a un telescopio usado por Galileo Galilei en el año 1610, se puede conocer lo que en ese tiempo se denominaba la cinta lechosa en el cielo nocturno. La cual fue llamada Vía Láctea por esta razón. En el descubrimiento que hizo, indica que está compuesta por una inmensa cantidad de pequeñas estrellas. Para el año 1755, Immanuel Kant teorizó sobre la estructura y las agrupaciones de estrellas.

En el tratado Historia general de la naturaleza y teoría del cielo de Kant, se basa sobre un trabajo previo de Thomas Wright. Kant afirmaba que la Vía Láctea era un sistema formado por miles de sistemas solares como el nuestro. Estos sistemas mencionados, estarían agrupados en una estructura de orden superior y con características similares a las de los sistemas planetarios, sensiblemente plana, de forma elíptica, en movimiento de rotación alrededor de un centro y regidas por la misma mecánica celeste.

Para Kant el punto de vista, desde el que observamos la Vía Láctea, es en el que el Sol muestra que se encuentra en su mismo plano y forma parte de ella. Esto también lo supuso por la densidad de estrellas visibles que agrupa. Kant fue quien afirmó que era lógico suponer la existencia de otros planetas y satélites orbitando alrededor de otras estrellas, y que debían existir otras «Vías Lácteas» separadas a distancias de un orden de magnitud comparable a su vasto tamaño.

Conforme al razonamiento antes planteado, estas galaxias o universos isla teóricos serían visibles desde la Tierra como nubes ovaladas de luz tenue. Esto sin que fuera posible distinguir las estrellas individuales dentro de las mismas galaxias. Según Kant, son tipos de nebulosas, que Pierre Louis Maupertuis describió como «pequeños lugares cuya luz es sólo un poco mayor que la oscuridad del espacio celestial, todas ellas con el aspecto de elipses más o menos abiertas, pero cuya luz es mucho más débil que cualquier otra que conozcamos en el cielo».

Galaxias descubiertas

Andrómeda: Una galaxia vecina

En la Constelación de Andrómeda, la galaxia que lleva el mismo nombre fue observada en el año 1917 por Hebert Curtis. Este gran estudioso logró ubicarla en la «nebulosa» de Messier M31. Sin embargo, al buscar en los registros fotográficos, encontró otras 11 novas. De esta forma, pudo observar que en promedio, estas novas eran 10 órdenes de magnitud más débiles que las ocurridas en nuestra galaxia.

La investigación dio como resultado de esta observación, el poder predecir que dichas novas se debían encontrar a una distancia de 150.000 parsecs. Fue así como Hebert se convirtió en un célebre defensor de la hipótesis de «universos isla», sosteniendo que las «nebulosas espirales» eran realmente galaxias independientes. Tres años después, surge un debate entre Harlow Shapley y Heber Curtis en torno a la naturaleza de nuestra galaxia.

Lo que se pudo debatir, además de nuestra galaxia, fue el tema de las «nebulosas espirales» y la dimensión del universo. Sin embargo, para defender la afirmación de que M31 era una galaxia externa, Curtis argumentó que las líneas obscuras observadas en dicha «nebulosa» eran similares a las nubes de polvo que se observan en la nuestra. La clave de la novedad, fue el uso de un nuevo telescopio. De esta forma se le permitió a Edwin Hubble resolver las partes exteriores de algunas «nebulosas espirales» como colecciones de estrellas individuales.

Además de ello, Hubble logró identificar en esas estrellas variables cefeidas y éstas le permitieron estimar la distancia a dichas «nebulosas»: estaban demasiado alejadas para ser parte de la Vía Láctea. Durante el año 1936, Hubble organizó un sistema de clasificación de galaxias que hoy en día sigue siendo usado, llevando el nombre de: la secuencia de Hubble.

Nuestra galaxia: La Vía Láctea

La forma de la Vía Láctea, fue descrita por primera vez por William Herschel. Este primer intento de descripción fue registrado en el año 1785. Durante ese año Herschel contó cuidadosamente el número de estrellas en distintas regiones del cielo. Siglo y medio más adelante, específicamente en el año 1920, Kapteyn usó un refinamiento de la técnica empleada por Herschel y sugirió la imagen de una pequeña galaxia elipsoidal. Esta pequeña galaxia tenía 15 kiloparsecs de diámetro, con el Sol cerca del centro.

Por otro lado y con un método diferente, basado en la distribución de cúmulos globulares, realizado por Harlow Shapley,  se logró emerger una imagen radicalmente distinta: un disco plano con un diámetro aproximado de 70 kiloparsecs y con un Sol alejado de su centro. Sin embargo, ninguno de los dos análisis tomó en cuenta la absorción de la luz y el polvo interestelar presentes en el plano galáctico.

Finalmente fue Robert Julius Trumpler quien tomó en cuenta estos efectos en 1930. Ese año se estudiaron cúmulos abiertos por este investigador, produciendo así la imagen que actualmente se acepta de nuestra galaxia: la Vía Láctea. Se trata de una galaxia espiral con un diámetro aproximado de 30 kiloparsecs.

Como tal, la Vía Láctea pertenece a un Grupo Local de unas cuarenta y seis galaxias dominadas por la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda, en conjunto. Este cúmulo se encuentra en el límite de un «súper conglomerado» que comprende casi cinco mil galaxias. El súper cúmulo, a la vez, también forma parte de otra enorme concentración de galaxias reunidas en masas compactas y suaves.

Tipos de galaxias de acuerdo a Hubble

Las galaxias se pueden observar desde sus distintas configuraciones, entre ellas destacan: las elípticas, espirales, lenticulares e irregulares. Existe una descripción algo más detallada. Esta descripción es la que se basa especialmente en la apariencia de las galaxias y fue provista por la secuencia de Hubble, propuesta en el año 1936. Se trata de un esquema que solo descansa en la apariencia visual, por lo que no toma en cuenta otros aspectos, tales como la tasa de formación de estrellas o la actividad del núcleo galáctico.

Galaxias elípticas

Este tipo de galaxias, como su nombre lo indica, son aquellas que tienen forma de una elipse. Las mismas pueden ser nombradas desde E0 hasta E7, donde el número significa cuán ovalada es la elipse; así, E0 sería una forma de esfera y E7 de plato o disco. Además de ello se puede decir que el número indica su excentricidad multiplicada por 10.

La apariencia de estas galaxias, muestran escasas estructuras. E incluso típicamente, tienen de forma relativa poca materia interestelar. Esto trae como consecuencia que estas galaxias también tengan un escaso número de cúmulos abiertos, y la tasa de formación de estrellas es baja. Por otra parte, al contrario de esto, estas galaxias están dominadas por estrellas viejas, de larga evolución.

Estas estrellas antiguas son las que orbitan en torno al núcleo en direcciones aleatorias. En este sentido, tienen cierto parecido a los cúmulos globulares. Como dato curioso, las galaxias más grandes son gigantes elípticas. De hecho, se cree que la mayoría de las galaxias elípticas son el resultado de la colisión y fusión de galaxias. Estas pueden alcanzar tamaños enormes y con frecuencia se las encuentra en conglomerados mayores de galaxias, cerca del núcleo.

Galaxias espirales

Este tipo de galaxias, son discos rotantes de estrellas y materia interestelar, con una protuberancia central compuesta principalmente por estrellas aún más viejas que en otras galaxias. A partir de esta protuberancia se extienden unos brazos en forma espiral, de brillo variable. Por esta razón, son llamadas galaxias espirales. Particularmente las galaxias espirales barradas son las que tienen una banda central de estrellas.

Las galaxias espirales intermedias, son las que conforme a su forma, se clasifican entre una galaxia espiral barrada y una galaxia espiral sin barra.

Galaxias lenticulares

Son las que constituyen un grupo de transición entre las galaxias elípticas y las espirales, y se dividen en tres subgrupos: SO1, SO2 y SO3. Poseen un disco, una condensación central muy importante y una envoltura extensa. Incluyen las lenticulares barradas (SBO), que comprenden tres grupos: en el primero (SBO-1), la barra es ancha y difusa; en el segundo (SBO-2) es más luminosa en las extremidades que en el centro; y en el tercero (SBO-3) es ya muy brillante y bien definidas.

Galaxias irregulares

Son las galaxias irregulares, ya que se trata de las galaxias que aún no encajan en alguna de las clasificaciones de galaxias de la secuencia de Hubble. Son galaxias sin forma espiral ni elíptica. Este tipo de galaxias tienen su propia tipología. Hay dos tipos de galaxias irregulares. Una galaxia Irr-I: es una galaxia irregular que muestra alguna estructura pero no lo suficiente para encuadrarla claramente en la clasificación de las secuencia de Hubble.

Por otro lado, el segundo tipo de galaxia irregular es una galaxia Irr-II (Irr II). Esta es una galaxia irregular que no muestra ninguna estructura que pueda encuadrarla en la secuencia de Hubble. Además de ello, las galaxias enanas irregulares suelen etiquetarse como dI. Algunas galaxias irregulares son pequeñas galaxias espirales distorsionadas por la gravedad de un vecino mucho mayor.

Es curioso saber que del total de galaxias observadas hasta la fecha solo un cinco por ciento de las galaxias brillantes reciben el nombre de galaxia irregular.

Galaxias activas

Esta clase de galaxias liberan grandes cantidades de energía y materia al medio interestelar. Lo hacen mediante procesos que no se relacionan con los procesos estelares ordinarios. Son pocas las galaxias que pueden clasificarse como galaxias activas, de hecho son aproximadamente un diez por ciento.

En cuanto a la energía emitida por las galaxias activas, la mayoría proviene de una pequeña y brillante región del núcleo de la galaxia. En muchos casos se observan líneas espectrales de emisiones anchas y estrechas. Estas líneas son las que evidencian la existencia de grandes masas de gas girando alrededor del centro de la galaxia.

Tipos de galaxias activas

Galaxia Seyfert

Esta clase de galaxias, son en realidad galaxias espirales que se caracterizan por tener un núcleo puntual muy brillante. Según su espectro se distinguen de esta manera:

  • Galaxia Seyfert Tipo I: Son las que poseen líneas anchas de emisión.
  • Galaxia Seyfert Tipo II: Al contrario, poseen líneas estrechas de emisión.

También se observa que estas galaxias emiten débilmente en radio.

Galaxias Starburst

Esta clase de galaxias activas, son en las que se están formando enormes cantidades de estrellas. Muchas de estas estrellas, luego de morir, explotan produciendo supernova. Aun luego de ocurrido este fenómeno, se forma parte de la evolución estelar y formalmente este grupo no estaría en nuestra clasificación. Esta formación anormalmente alta de estrellas podría estar ligado a mecanismos internos del núcleo de la galaxia.

Radiogalaxias

Las llamadas radiogalaxias son las que suelen estar asociadas a galaxias tipo E con núcleo activo. Estas emiten a longitudes de onda de radio y algunas pueden ser relativamente débiles. Suelen ser galaxias que se extienden por amplias zonas del espacio. Las mismas presentan un núcleo brillante y normalmente suelen estar rodeadas por dos chorros de partículas de grandes dimensiones. Además, en muchas de ellas se ha detectado radiación sincrotrón.

Cuásares

No se puede diferenciar un cuásar de otro cuerpo celeste. Esto sucede porque los cuásares tienen aparentemente el mismo aspecto de una estrella. De hecho, esa es la razón de su nombre, ya que proviene de la contracción inglesa quasi-stellar, por su parecido. Pero esencialmente, los cuásares consisten en un núcleo no resuelto y muy luminoso con fuertes líneas de emisión anchas y estrechas.

Los cuásares que se han ubicado en los lugares más cercanos del Universo observable, han tenido como resultado investigativo, que se les detecta una nubosidad difusa. Lo que revela que este tipo de objetos, no son más que núcleos de galaxias activas que están muy lejanas de las que únicamente somos capaces de detectar su núcleo. Sin embargo, lo que se sabe es que la masa de estos objetos es muy elevada y generalmente presentan una forma estructurada.

Formación y evolución de las galaxias

Estas son una de las áreas de investigación que tienen mayor actividad en los estudios astrofísicos. Entre las ideas que ya están ampliamente aceptadas, se puede mencionar las simulaciones informáticas que han predicho las estructuras y distribución actuales que se ven en las galaxias.

Formación de las galaxias

Conforme a las indagaciones realizadas por los científicos y astrónomos, las galaxias están formando nuevas estrellas e interactuando unas con otras. Esta escena se parece mucho a la galaxia de la Telaraña (MRC 1138-262) y sus alrededores, uno de los protocúmulos mejor estudiados.

Los modelos más renovados que se muestran con referencia al cosmos de los inicios del Universo, se basan en la posible teoría del Big Bang. Unos 300 000 años después de este supuesto acontecimiento, comenzaron a formarse los átomos de hidrógeno y helio en un nuevo suceso denominado recombinación. Casi todo el hidrógeno era neutro (no estaba ionizado) y absorbía con facilidad la luz.

El periodo en el que todavía no se habían formado estrellas, se llama Edad Oscura. Fue a partir de las fluctuaciones de densidad (o irregularidades anisotrópicas) en esta materia primordial que las estructuras más grandes empezaron a aparecer. A causa de esta actividad es que las masas de materia bariónica se condensaron dentro de halos de materia oscura fría. Estas estructuras primordiales se convertirían con el tiempo en las galaxias que vemos en la actualidad.

Galaxias tempranas

En el año 2006, fue cuando se encontraron las pruebas que referían a una aparición temprana de las galaxias. Esto ocurrió cuando se descubrió que la galaxia IOK-1 tenía un corrimiento al rojo anormalmente alto (6,96), era correspondiente a solo 750 millones de años después del supuesto Big Bang. Esto fue lo que la convirtió en la galaxia más lejana y antigua nunca antes vista.

Por otro lado, algunos científicos sostienen que otros objetos como Abell 1835 IR1916 tienen corrimientos al rojo más altos y, por lo tanto, están en una etapa más temprana de la evolución del universo, la edad y composición de IOK-1 se ha establecido con mayor fiabilidad. El último mes del año 2012, fue cuando varios astrónomos informaron que UDFj-39546284 era el objeto astronómico conocido más distante.

Este objeto tenía un valor de corrimiento al rojo de 11. Se estima que el objeto empezó a existir unos 380 millones de años después del posible Big Bang. Esto quiere decir que la luz que nos llega, ha recorrido unos 13.420 millones de años luz. La existencia de estas tempranas protogalaxias sugiere que deben haberse formado en la llamada Edad Oscura.

Una cuestión abierta en astrofísica, es el proceso detallado por el cual se formaron las primeras galaxias. Las teorías que de ahí devienen, se pueden dividir en dos categorías: de arriba abajo y de abajo arriba. En las teorías de arriba abajo, como el modelo ELS (de Eggen, Lynden-Bell y Sandage), las protogalaxias se forman en un colapso simultáneo a gran escala durante aproximadamente cien millones de años.

Por otra parte, en las teorías de abajo arriba, como el modelo SZ (de Searle y Zinn), se forman primero pequeñas estructuras parecidas a cúmulos globulares y, después, varios de estos objetos se unen para formar una galaxia más grande.

Evolución de las galaxias

Al pasar mil millones de años en la formación, es que comienzan a aparecer las estructuras clave para empezar con la evolución de una galaxia: los cúmulos globulares, el agujero negro central supermasivo y un bulbo formado por estrellas de población II pobres en metal. Aunque no lo parezca, es la creación del agujero negro supermasivo lo que parece desempeñar un papel clave en la regulación activa del crecimiento de las galaxias al limitar la cantidad total de materia adicional añadida. Durante este temprano periodo, las galaxias experimentan un gran estallido de formación estelar.

Luego de esto, dos mil millones de años después, la materia acumulada es la que se asienta en un disco. Por otra parte, la galaxia continuará absorbiendo el material que cae de nubes a alta velocidad y galaxias enanas a lo largo de su vida. Esta materia es principalmente hidrógeno y helio. El ciclo estelar de nacimiento y muerte aumenta lentamente la abundancia de elementos pesados, lo que permite con el tiempo la formación de planetas.

Lo que puede estar afectando la evolución de las galaxias significativamente, son las interacciones y colisiones concurrentes. Las fusiones de galaxias eran comunes en épocas tempranas. De hecho, la mayoría de las galaxias tenían un aspecto muy peculiar. Teniendo en cuenta la distancia entre las estrellas, la gran mayoría de los sistemas estelares de galaxias en colisión no se ven afectados.

Además de ello, es importante acotar que la acción de la gravedad sobre el gas y el polvo interestelar de los brazos espirales produce largas hileras de estrellas conocidas como colas de marea. Algunos ejemplos que se pueden mencionar, con respecto a estas formaciones, se pueden ver en NGC 4676 27 y las galaxias de las Antenas.

Ya hemos mencionado que la Vía Láctea y la cercana galaxia de Andrómeda se mueven una hacia la otra. Esto lo hacen a una velocidad aproximada de unos 130 km/s. Además de ello, las investigaciones también llevan a pensar que dependiendo de los movimientos laterales, las dos podrían chocar en unos cinco o seis millones de años. A pesar de que la Vía Láctea nunca ha colisionado con una galaxia tan grande como la de Andrómeda, cada vez hay más pruebas de pasadas colisiones de la Vía Láctea con pequeñas Galaxias enanas.


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