¿Cómo evolucionan las galaxias? ¿Siempre han sido enormes masas de estrellas en forma de espiral? ¿Cómo interaccionan cuando se juntan o chocan?
Muchas son las preguntas que nos podemos hacer sobre estos monstruos del espacio, en donde nuestra Vía Láctea también tiene respuestas que brindarnos a las preguntas que la comunidad científica se hace desde hace más de 100 años.
En pos de ir contestándolas, esta semana, un astrónomo australiano ha resuelto un misterio centenario sobre cómo evolucionan las galaxias de un tipo a otro y lo ha publicado en una revista científica de primer nivel internacional.
El mismo estudio demuestra que la Vía Láctea, la galaxia en la que vivimos, no siempre fue una espiral. Se trata del trabajo del profesor Alister Graham, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, que utilizó conocimientos y observaciones nuevas y antiguas para revelar cómo evolucionan las galaxias en un proceso conocido en la comunidad científica como especiación.
La investigación muestra que los choques y posteriores fusiones entre galaxias son una forma de “selección natural” que impulsa el proceso de evolución cósmica. Algo común en todas las galaxias que también involucra a la nuestra, la Vía Láctea.
“Es la supervivencia del más apto. La astronomía ahora tiene una nueva secuencia anatómica y, finalmente, una secuencia evolutiva en la que se ve que ocurre la especiación de galaxias a través del inevitable matrimonio de galaxias ordenado por la gravedad”, precisó el astrofísico.
En las décadas de 1920 y 1930, el astrónomo Edwin Hubble y otros establecieron una secuencia de diferentes anatomías de galaxias, ahora conocida como secuencia de Hubble o diagrama de diapasón de Hubble.
Las galaxias espirales como la nuestra, compuesta de “brazos”, bien ordenadas, que giran en forma de espiral alrededor de una concentración central o “protuberancia” de cuerpos estelares, se ubican en un extremo de esta secuencia.
Mientras que las galaxias elípticas como M87, compuestas por una elipse de miles de millones de estrellas que zumban caóticamente alrededor de una concentración central desordenada, se ubican en el otro. Cerrando la brecha entre los dos hay galaxias alargadas en forma de esfera, que carecen de brazos espirales, llamadas galaxias lenticulares. Pero lo que le ha faltado a este sistema ampliamente utilizado hasta ahora son los caminos evolutivos que vinculan una forma de galaxia con otra.
“Lo que gobierna la organización de la materia en el universo, en la microescala, es la gravedad. La materia se acreta, se condensa, forma nubes de material interestelar, de ellas, estrellas. Organizaciones mayores de materia, hablamos de miles de millones de estrellas, materia interestelar, materia oscura, forman las galaxias. No son objetos ‘estáticos’, de la misma manera que las estrellas tienen un proceso de evolución desde su nacimiento hasta su muerte, la galaxias también cambian. El tema es explicar cómo lo hacen”, comenzó a explicar a Infobae la doctora en astrofísica e investigadora del Conicet, Beatriz García, consultada sobre cómo evolucionan las galaxias.
“La evolución galáctica no es un tema novedoso, efectivamente es una discusión de alrededor de un siglo y existen propuestas que inclusive presentaron o presentan diagramas que se pensaron evolutivos (como el de Hubble) pero que solo muestran una clasificación morfológica. En las últimas décadas se tienen observaciones que combinan la parte visible del universo, imágenes adquiridas por el Telescopio Hubble, e infrarrojas (como el caso de este estudio, que trabaja con las del Telescopio Spitzer): el infrarrojo permite sumar materia de baja temperatura, principalmente nubes de material interestelar y sumar ese contenido a las simulaciones y modelización que se hace en cierta forma, haciendo evolucionar la materia”, agregó la experta.
La galaxia Andrómeda, gemela de la Vía Láctea.
Y precisó que el estudio publicado recientemente, se propone que las galaxias espirales se encontrarían evolutivamente entre dos tipos de galaxias con forma lenticular (como lentes biconvexas) ricas y pobres en polvo. “Estamos hablando de ir completando, de alguna manera, el camino evolutivo galáctico”, sintetizó la especialista integrante de la Colaboración Internacional en QUBIC.
Las galaxias pueden contener miles de millones de estrellas siguiendo ordenadamente órbitas circulares en un disco abarrotado o zumbando caóticamente en un enjambre esférico o en forma de elipse. Estos discos pueden albergar patrones espirales, con tales galaxias espirales definiendo un extremo de la secuencia de Hubble de larga data.
En esta secuencia, las galaxias con forma de lenteja, conocidas como galaxias lenticulares con una estructura esférica central en un disco sin espiral, se consideraron la población puente entre las galaxias espirales dominadas por discos como nuestra Vía Láctea y las galaxias de forma elíptica como M87.
En el nuevo estudio, el profesor Graham analizó imágenes ópticas del Telescopio Espacial Hubble e imágenes infrarrojas del Telescopio Espacial Spitzer de 100 galaxias cercanas. Al comparar su masa estelar y de agujero negro central, descubrió dos tipos de galaxias lenticulares: viejas y pobres en polvo y ricas en polvo.
Según sus investigaciones, las galaxias lenticulares ricas en polvo se construyen a partir de fusiones de galaxias espirales. Las galaxias espirales pueden tener un pequeño esferoide central más un disco que contiene brazos espirales de estrellas, gas y polvo saliendo del centro. Las galaxias lenticulares polvorientas tienen esferoides y agujeros negros notablemente más prominentes que las galaxias espirales y las galaxias lenticulares pobres en polvo.
En un giro de los acontecimientos, la investigación del profesor Graham ha demostrado que las galaxias espirales residen a medio camino entre los dos tipos de galaxias con forma de lenteja. “Esto vuelve a dibujar nuestra tan querida secuencia de galaxias. Y lo que es más importante, ahora vemos los caminos evolutivos a través de una secuencia de bodas de galaxias, o lo que los negocios podrían denominar adquisiciones y fusiones”, precisó Graham.
“Si las galaxias lenticulares pobres en polvo acumulan gas y material, esto puede perturbar gravitacionalmente su disco, dando lugar a la forma espiral y favoreciendo la formación de estrellas, lo que da por resultado el cambio en la estructura y forma. La Vía Láctea tiene varias galaxias satélite más pequeñas, como Sagitario y Canis Major (y otras no tan pequeñas con las cuales interactúa muy eficientemente, como las Nubes de Magallanes, las más cercanas), y su estructura nos muestra que ya han sucedido encuentros con otros objetos, y que se ha agregado materia”, precisó la astrofísica García.
Y agregó: “Según este y varios otros estudios, la Vía Láctea probablemente alguna vez fue una galaxia lenticular pobre en polvo que acumulaba material y con el tiempo evolucionó hasta convertirse en la galaxia espiral en la que vivimos hoy. Las imágenes de cielo profundo (que permiten ver galaxias a muy distintas distancias de nosotros) que fueron posibles desde el Hubble, pero que también son posibles gracias a cientos de telescopios terrestre parecen demostrar que las galaxias que detectamos u observamos como espirales se comportan de manera similar”.
Sobre el choque de galaxias, los expertos teorizan que pueden llegar a ser “dramáticos” en algunos casos. Y particularmente en nuestro vecindario. En unos 4 a 6 mil millones de años cuando la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda colisionen. “Dicho evento destruirá los patrones espirales actuales en ambas galaxias, lo que producirá una galaxia fusionada con un esferoide más dominante, arrojará muchas nubes de polvo y estará acompañada por un aumento en la masa del agujero negro central. Conducirá al nacimiento de una galaxia lenticular rica en polvo”, predice Graham.
Así, la posterior fusión de dos polvorientas galaxias lenticulares parece suficiente para borrar por completo sus discos y crear una galaxia de forma elíptica, incapaz de retener nubes de gas frío que albergan polvo. De alguna manera, las galaxias lenticulares pobres en polvo aparecen como un registro fósil de las galaxias primordiales del Universo. Estas galaxias dominadas por discos son muy antiguas y comunes.
Esto podría ayudar a explicar el descubrimiento por parte del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de una galaxia masiva dominada por esferoides solo 700 millones de años después del Big Bang. La nueva investigación también podría indicar que la fusión de galaxias elípticas es un proceso que podría explicar la existencia de algunas de las galaxias más masivas del universo, que se encuentran en el corazón de cúmulos de más de 1000 galaxias.
La galaxia lenticular NGC 6684, a unos 44 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Pavo, baña esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA con una luz pálida.
Un misterio de 100 años resuelto“Para poder hacer historia del universo o de la evolución galáctica (o estelar) y que ese modelo sea consiente, confiable, se necesitan las observaciones. Pero estas son observaciones que requieren de potentes telescopios que permitan observar galaxias distantes, además de las que, evidentemente interactúan con la Vía Láctea por ser cercanas, parte del Cumulo de Galaxias que llamamos Grupo Local y por supuesto, además de telescopios que detecten la región visible del espectro electromagnético, se requieren telescopios que detecten fuera de esa región de energía, observaciones infrarrojas. La tecnología para lograr estos resultados es reciente”, comentó García sobre este nuevo estudio que viene a resolver preguntas centenarias.
“La clasificación propuesta por Edwing Hubble y otros colegas entre 1920 y 1930 marcó probablemente el inicio de esta propuesta asociada con la evolución galáctica. A aquella propuesta le faltaban muchos datos experimentales”, justificó la experta.
Y destacó: “Es importante sostener el trabajo científico continuado a lo largo del tiempo. Los resultados en ciencias básicas no son instantáneos ni inmediatos, se requiere, además de tener objetivos claros, de tiempo, tecnología, personas”.
La experta concluyó: “Es también posible que la población ponga en duda inversiones en temas que no importan en la vida cotidiana, sin embargo (y esa es otra misión de los y las científicos y científicas), todo lo que se hace en investigación básica impacta tarde o temprano en la vida de cada persona, ya sea por responder a preguntas fundamentales asociadas con la condición humana, o porque para responderlas se requirió de cierto desarrollo tecnológico que ayudó a correr el límite del conocimiento pero que, a su vez, tiene otros usos, y hay muchos ejemplos al respecto”.
