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martes 19 de septiembre de 2017 
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Pilares del universo

Origen y evolución de las galaxias

Por Mariano Ribas**

 

 

Son los pilares de la gran arquitectura cósmica. Enormes islas de estrellas, gas y polvo que, de tanto en tanto, se atreven a interrumpir las oscuras aguas del universo, aterradoramente vacías y heladas. A escala humana, las galaxias son verdaderos monstruos que ponen en ridículo a todos nuestros parámetros habituales: es verdaderamente difícil imaginar sus dimensiones y su complejidad. Pero a escala cosmológica, las galaxias no son más que solitarias motas de materia. Excepciones a la regla. Distracciones de la nada. Nacieron cuando el cosmos sólo tenía unos cientos de millones de años, cuando la furia del Big Bang comenzaba a menguar. Y al principio, no eran más que inmensas y desprolijas nubes de gas (casi todo, hidrógeno). Pero con el correr del tiempo, la gravedad las fue comprimiendo y modelando. Y en sus entrañas, los parches gaseosos más densos originaron las primeras estrellas. Hoy, 14 mil millones de años después del estallido primigenio, el universo cuenta con miles de millones de galaxias. Y sin embargo, hasta hace apenas un siglo, nada se sabía de todas ellas. Es más, hasta parecía que la Vía Láctea era la única. Pero esa imagen miope ha cambiado: paso a paso, la astronomía ha ido descubriendo la gloria de las galaxias. Y actualmente, está tratando de explicar sus orígenes, su evolución y su diversidad.


Imagen superior: "El árbol de la Vía Láctea" foto tomada por el autor.(Copyright Mariano Ribas). Para ver la imagen de mayor tamaño cliquear en la misma.

Corriendo el velo

Se calcula que en el universo existen alrededor de 100 mil millones de galaxias. Y perdida anónimamente en semejante cifra, está la Vía Láctea. Es una formidable estructura espiralada, formada por 200 mil millones de soles, coloridas nubes de gas, y oscuros senderos de polvo a la deriva. Su núcleo es una bola resplandeciente y amarillenta, donde se concentra la mitad de la población estelar. Y de allí parten varios brazos, que se retuercen a su alrededor, elegantes estructuras donde abundan las estrellas azules, jóvenes y calientes. En uno de esos brazos –conocido como el “Brazo de Orión”- está el Sistema Solar y casi todas las estrellas que vemos en el cielo. Allí estamos nosotros, en un rincón que está más cerca del borde que del centro de la galaxia. Sólo una galaxia, una más entre tantísimas.

Sin embargo, todavía a principios del siglo XX, la mayoría de los astrónomos creía que la Vía Láctea era todo el universo. De todos modos, es justo decir que unos pocos sospechaban lo contrario (entre ellos, en su momento, hasta el propio Kant). Sea como fuere, recién a mediados de los años ´20, un astrónomo parco, amigo de las pipas y el buen tabaco, descubrió que las difusas siluetas que mostraban los telescopios no eran otra cosa que galaxias muy distantes: Edwin Hubble había corrido el velo que nos separaba del verdadero reino galáctico. Un reino que, con el correr de las décadas, se fue revelando cada vez más rico y variado. El gran astrónomo norteamericano observó galaxias de todos los tamaños y formas, y las clasificó según su aspecto: desde entonces se habla de “espirales”, “elípticas” e “irregulares”. Pero a la vez, hizo uno de los descubrimientos más extraordinarios de la historia de la ciencia: los grupos de galaxias (cúmulos) se alejan entre si. Y de nosotros. Y su velocidad es proporcional a su distancia: cuanto más lejos están, más rápido se alejan. Hubble había descubierto que el cosmos estaba en constante expansión. Y esa fue la base para la teoría del Big Bang. Nada menos.

Desde aquellos tiempos no tan lejanos, los astrónomos han observado y fotografiado incontables galaxias. E incluso, especímenes que el propio Hubble nunca hubiese soñado. Pero también, han tratado de explicar su génesis, sus estructuras, sus interacciones y su evolución a lo largo de los miles de millones de años.


Imagen superior: Cúmulo de galaxias en la constelación de Hércules. (Créditos NASA, Tel. Espacial Hubble).

¿Cómo nacieron las galaxias?

Hoy en día, y a partir de distintos modelos teóricos y evidencias observaciones (como las aportadas el año pasado por el observatorio espacial de microondas WMAP, de la NASA), los astrónomos creen que las galaxias nacieron a partir de las ligeras asimetrías -en la distribución de la materia- que siguieron al Big Bang. Es curioso, pero sin esas asimetrías iniciales, las galaxias nunca hubiesen existido (y nosotros, tampoco. Pero ese es otro gran tema). “Esos grumos ya estaban presentes cuando el universo sólo tenía 100 mil años, y con el correr del tiempo, la gravedad los fue haciendo crecer”, explica el astrónomo Chris Impey (Universidad de Arizona) en un notable artículo publicado en la revista Astronomy. Y agrega: “así, durante cientos de millones de años, se formaron objetos cada vez más grandes”. Esas estructuras gaseosas, completamente deformes, eran las protogalaxias. Y por acción de la gravedad, fueron colapsando y ganando cuerpo, mientras que en sus zonas internas más densas empezaban a encenderse las primeras estrellas.

Sobre este esquema general hay bastante coincidencia. Sin embargo, lo que no está del todo claro, es cómo evolucionaron las galaxias desde sus comienzos. Y fundamentalmente, cómo llegaron a ser lo que son ahora. Un modelo tradicional, surgido en la década del 60´, y conocido como ELS (por Eggen, Linden-Bell y Sandage, los astrónomos que lo propusieron), dice que las galaxias actuales colapsaron, básicamente, como objetos únicos. Y que –gravedad mediante- fueron tomando su aspecto definitivo. La otra variante es la teoría de las fusiones: las protogalaxias interactuaron, e irremediablemente se fueron fundiendo unas con otras. “Las fusiones entre protogalaxias pueden ser el mecanismo principal para explicar el origen de las galaxias del universo actual”, explica Bill Keel, cosmólogo de la Universidad de Alabama, Estados Unidos. Actualmente, este modelo es el favorito a la hora de explicar la génesis galáctica. Y en gran medida, se basa en lo que han mostrado el Telescopio Espacial Hubble y otros grandes aparatos terrestres.

Observando el pasado

En cierto modo, los telescopios funcionan como máquinas del tiempo: al mirar lejos en el espacio, también miran hacia el pasado. Es simple: cuando se observa una galaxia que está a 5 mil millones de años luz, se la ve como era hace 5 mil millones de años, porque ese es el tiempo que la luz ha tomado en llegar hasta nosotros. En consecuencia, es posible saber cómo eran las primeras galaxias: sólo hay que mirar lo más lejos posible. Y eso es lo que han hecho instrumentos como el Hubble, capaces de rozar los límites del universo observable. Sus célebres imágenes de “campo profundo” (conocidas como “Hubble Deep Field”), tomadas durante la pasada década, muestran galaxias a 10 ó 12 mil millones de años luz de Tierra. Son retratos de primitivas islas de estrellas. Y en general, parecen ser muy pequeñas, mucho más que la Vía Láctea, Andrómeda, M33 o tantísimas otras galaxias “modernas”: “a partir de sus tamaños angulares y su distancia, sabemos que estas galaxias primitivas no medían más de 3 mil años luz de diámetro”, explica Harry Ferguson, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI). En comparación, nuestra galaxia es 30 veces más grande. Cosas muy similares se ven en las imágenes obtenidas por los más importantes telescopios terrestres, como los gigantescos gemelos Keck I y II, instalados en Hawai, o los más cercanos VLT y Gemini, al norte de Chile. Y eso lleva a pensar que, tal como plantea el modelo de las “fusiones”, las primeras islas de estrellas eran –por lo general- relativamente chicas, y fueron pasando por múltiples episodios de choques, fusión y crecimiento. Y no es nada raro, de hecho, en el universo actual los procesos de colisión y “canibalismo” galáctico son bastante comunes. Sin ir más lejos, ahora mismo, la Vía Láctea está devorando, sin piedad, a dos pequeñas vecinas (conocidas como “galaxia enana de Sagitario”, descubierta en 1994, y “galaxia enana del Can Mayor- detectada en 2003).

Agujeros negros y cuásares

Otro de los descubrimientos más notables de los últimos años es la probable ligazón entre galaxias, agujeros negros supermasivos y cuásares. Al parecer, en el corazón de la Vía Láctea, Andrómeda, Centauro A, M87 y muchísimas otras grandes galaxias (muy bien estudiadas), existirían gigantescos agujeros negros, monstruos gravitatorios que se la pasan devorando estrellas, nebulosas y todo lo que tengan a su alcance. Son objetos que habrían nacido a partir de la muerte y colapso de una estrella muy masiva, ganando masa y gravedad con el tiempo. En realidad, hay quienes sospechan que la mayoría de las galaxias –al menos, las más grandes- esconden súper agujeros negros en sus centros. Incluso, hasta tendrían mucho que ver con su origen y funcionamiento. Es muy probable que estas extrañas criaturas hayan aparecido muy pronto en la historia de cada galaxia, creciendo sin pausa en sus entrañas, y condicionando su posterior evolución. Y aquí aparece la relación con los cuásares, que son los núcleos ultra energéticos de lejanísimas –y primitivas- galaxias. Bestias motorizadas por agujeros negros descomunales. “Estos agujeros negros se formaron muy pronto, y a medida que devoraban materia, desencadenaron procesos altamente energéticos que dieron origen a lo que llamamos cuásares”, dice el astrónomo Priya Natarajan (del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica. Y cierra la idea: “en torno a esos cuásares, precisamente, fueron tomando forma las galaxias”.


Imagen superior: Agujero negro gigante. (Credit: Illustration: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: ASA/CXC/MPE/S.Komossa et al.; Optical: ESO/MPE/S.Komossa).


Protogalaxias, agujeros negros centrales y cuásares, todo encadenado: para muchos científicos, esas serían las etapas sucesivas por las que pasaron las galaxias en su más temprana infancia. Y los agujeros negros –mucho más tranquilos- que conservan las grandes galaxias modernas en sus núcleos, serían los recuerdos de viejas épocas de furia. De todos modos, se trata de un borrador, razonable, pero todavía bastante crudo.

Extravagario galáctico

En la época de Edwin Hubble, sólo parecía haber 3 variedades galácticas. Pero los telescopios modernos han revelado una fauna mucho más rica. Además de galaxias espirales, elípticas e irregulares, el universo moderno está poblado por especimenes mucho menos tradicionales. Están, por ejemplo, las “esferoidales”, que a simple vista se pacecen a las elípticas verdaderas, pero que esconden una estructura interior mucho más caótica. También se han descubierto unas cuantas galaxias “anulares”, con un núcleo central casi completamente desconectado de un anillo de estrellas que lo envuelve. Y son incontables los casos de galaxias clásicas –espirales o elípticas- asimétricas, desgarradas, deformadas o en plena colisión con otras vecinas (ya citamos el caso de la nuestra). Además, la diversidad varía con las épocas (o lo que es lo mismo, distancias). A medio camino del universo observable –es decir, lo que correspondería a hace 6 mil millones de años- los astrónomos han detectado la presencia de siluetas galácticas que hoy ya no se ven. Allí, un tercio de las galaxias no encajarían en ninguna de las categorías de Hubble. Y hasta aparecen extrañas cadenas de galaxias que casi se tocan. Por el contrario, las actualmente comunes “espirales barradas” –aquellas que presentan una barra de estrellas y polvo atravesando sus núcleos- casi no aparecen. Evidentemente, el extravagario galáctico fue variando a la largo de la historia del universo. Y uno de los grandes desafíos de la astronomía actual es tratar de encontrar los procesos y conexiones evolutivas que ligan a las galaxias de ayer y de hoy. Para eso, hay que seguir mirando, lo más lejos posible.

Durante los próximos años, y de la mano de nuevas técnicas e instrumentos, el estudio de las galaxias será cada vez más profundo y detallado. Y así, de a poco, los astrónomos irán despejando todas las incógnitas que hoy los desconciertan. La empresa ha demostrado ser difícil. Pero saben vale la pena: al fin de cuentas, están tratando de contar la gran historia de los pilares del universo.

 

** Lic. Mariano Ribas es Coordinador del Area de Astronomía del Planetario de la Ciudad de Buenos Aires Galileo Galilei, desde el año 2000.

Licenciado en Ciencias de la Comunicación, especializado en periodismo (Universidad de Buenos Aires, 1996).

Periodista científico especializado en astronomía. Desde 1997, lleva publicados 235 artículos de divulgación (mayormente sobre temas astronómicos) en “Futuro”, el suplemento científico del diario Página/12. También ha publicado decenas de notas en revistas como Noticias, Descubrir, Conozca Más, AZ Diez, Poder, y en páginas de internet vinculadas a la Astronomía (como Cielo Sur). Co-autor de los libros de divulgación científica “Historias de la Ciencia”(2000) y “Descubrimientos que hicieron historia” (2001), publicaciones de la Editorial Estrada.

Desde 2004, es columnista del programa de televisión “Científicos Industria Argentina”, que se emite por Telefe, los domingos a las 10.30 hs.

Astrónomo amateur desde 1986. Cuenta con un observatorio astronómico particular, equipado con 3 telescopios. Realiza observaciones y reportes científicos (especialmente sobre cometas), y trabajos varios de fotografía astronómica, varios publicados en diversas páginas de Internet especializadas (como Cielo Sur, Spaceweather, o la del Planetario de Bs As) . Integrante del “Grupo de Rastreadores de Cometas” de la LIADA (Liga Iberoamericana de Astronomía) y colaborador de la "Comet Observation Home Page", del Jet Propulsion Laboratory, de la NASA.

Dicta y ha dictado cursos y charlas de divulgación de astronomía en diversas instituciones culturales (Centro Cultural R. Rojas-UBA, Universidad de Quilmes, Club de Astronomía Feliz Aguilar –CAIFA- ,Museo Sarmiento, colegios y en actividades culturales organizadas por la Secretaria de Cultura del GCBA). Desde 2001 está a cargo del "Curso de Astronomia General" en el Planetario Galileo Galilei, con una asistencia promedio de 120 personas por cuatrimestre.

Comentarios o consultas dirigirse a: manoribas@yahoo.com o mariano.ribas@planetariogalilei.com.ar

 

 

 
 
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