Galaxia - Concepto, origen, descubrimiento y tipos

Una galaxia es un inmenso conjunto de estrellas, que se cuentan por cientos o miles de millones, interactuando entre sí gravitacionalmente y orbitando en torno a un punto central compartido. Todas las estrellas que podemos ver a simple vista desde la Tierra forman parte de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. El Sol, por su parte, es solo una de las muchas estrellas que componen esta galaxia. Además de estrellas y planetas, las galaxias albergan cúmulos estelares, hidrógeno atómico y molecular, así como moléculas complejas que contienen elementos como hidrógeno, nitrógeno, carbono, silicio, entre otros, y también rayos cósmicos.

 

Historia de estudios de las galaxias

El astrónomo persa al-Sufi es reconocido como el primero en describir un débil fragmento de luz en la constelación de Andrómeda, que ahora sabemos que es una galaxia compañera de la nuestra. En 1780, el astrónomo francés Charles Messier publicó una lista de objetos no estelares que incluía 32 objetos que resultaron ser galaxias. Estas galaxias son ahora identificadas por sus números Messier (M); por ejemplo, la galaxia de Andrómeda es conocida entre los astrónomos como M31.

Durante la primera parte del siglo XIX, William y Caroline Herschel, junto con John Herschel, identificaron y catalogaron miles de galaxias. Desde 1900, las exploraciones fotográficas han llevado al descubrimiento de una gran cantidad de galaxias, que se encuentran a enormes distancias de la Tierra y son tan diminutas en las fotografías que resulta difícil distinguirlas de las estrellas. La galaxia más grande conocida tiene aproximadamente trece veces más estrellas que la Vía Láctea.

En 1912, el astrónomo estadounidense Vesto M. Slipher, trabajando en el Observatorio Lowell de Arizona (EEUU), descubrió que las líneas espectrales de todas las galaxias se desplazaban hacia la región espectral roja (véase Desplazamiento hacia el rojo; Espectroscopia). Edwin Hubble, otro astrónomo estadounidense, interpretó esto como evidencia de que todas las galaxias se alejaban entre sí y llegó a la conclusión de que el Universo se estaba expandiendo. Aún no se sabe si esta expansión continuará indefinidamente o si la materia existente es suficiente para frenarla y permitir que las galaxias se junten nuevamente en el futuro.

Clasificación de las galaxias

Cuando se utilizan telescopios potentes, la mayoría de las galaxias solo muestran una luz mezclada proveniente de todas las estrellas. Sin embargo, en las galaxias más cercanas se pueden observar estrellas individuales. Las galaxias presentan una amplia variedad de formas. Algunas tienen una forma globular completa con un núcleo brillante. Estas galaxias, conocidas como elípticas, están compuestas principalmente por estrellas viejas, con poca presencia de gas y polvo, y algunas estrellas en proceso de formación. Las galaxias elípticas varían en tamaño, desde gigantes hasta enanas.

Por otro lado, las galaxias espirales son discos achatados que contienen tanto estrellas viejas como una gran cantidad de estrellas jóvenes, así como abundante gas, polvo y nubes moleculares, que son los lugares de nacimiento de las estrellas. A menudo, estas regiones que albergan estrellas jóvenes brillantes y nubes de gas están dispuestas en grandes brazos espirales que rodean la galaxia. Generalmente, un halo compuesto por estrellas viejas débiles rodea el disco, y suele haber una protuberancia nuclear más pequeña que emite dos chorros de materia energética en direcciones opuestas.

Existen otras galaxias en forma de disco que se denominan irregulares. Estas galaxias también contienen grandes cantidades de gas, polvo y estrellas jóvenes, pero su disposición no sigue una estructura en espiral. Por lo general, están ubicadas cerca de galaxias más grandes y su apariencia probablemente se debe a la perturbación gravitatoria causada por galaxias más masivas. Algunas galaxias muy singulares se encuentran en grupos cerrados de dos o tres, y las interacciones gravitatorias entre ellas han provocado distorsiones en los brazos espirales, creando discos curvados y largas colas en forma de serpentina.

Los quásares son objetos que parecen estrellas o casi estrellas, pero su gran desplazamiento hacia el rojo indica que se encuentran a grandes distancias (véase Radioastronomía). Muchos astrónomos creen en la actualidad que los quásares son galaxias activas cuyos núcleos albergan agujeros negros enormes. Probablemente están estrechamente relacionados con las radiogalaxias y los objetos del tipo BL Lacertae.

Distribución de las galaxias

En general, las galaxias no se encuentran aisladas en el espacio, sino que suelen formar parte de agrupaciones de tamaño pequeño o mediano, que a su vez se agrupan en grandes cúmulos de galaxias. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, pertenece a una agrupación pequeña llamada Grupo Local, que consta de alrededor de 20 galaxias.

Las dos galaxias más grandes del Grupo Local son la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda, con aproximadamente 100.000 a 200.000 millones de estrellas cada una. También hay tres galaxias satélites cercanas llamadas las Nubes de Magallanes, que son más pequeñas y débiles, con alrededor de 100 millones de estrellas cada una.

El cúmulo de galaxias 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, y se cree que esto podría deberse a la influencia de otro supercúmulo que está oculto a nuestra vista debido a la presencia de nuestra propia galaxia. Se sabe que existen supercúmulos a distancias de hasta 300 millones de años luz. Algunos teóricos sugieren que esto podría ser causado por un "anillo" cósmico, que sería una grieta unidimensional en la estructura del espacio-tiempo.

En general, la distribución de cúmulos y supercúmulos en el Universo no es uniforme. En lugar de ello, los supercúmulos, que contienen decenas de miles de galaxias, están dispuestos en largos filamentos fibrosos y en forma de lazo, separados por grandes vacíos.

Un ejemplo notable es la Gran Muralla, un filamento galáctico descubierto en 1989, que se extiende por más de 500 millones de años luz en el espacio. Los cosmólogos creen que la existencia de materia oscura, una sustancia hipotética que no emite ni refleja radiación electromagnética, puede ser responsable de los campos gravitatorios que dan lugar a la estructura heterogénea del Universo.

Las galaxias más distantes conocidas, que se encuentran cerca del límite del universo visible, son objetos débiles y azulados. Estos objetos se pueden detectar dirigiendo telescopios hacia las regiones aparentemente vacías del cielo y utilizando detectores de carga acoplada de estado sólido para amplificar la débil luz, y luego procesando las imágenes en computadoras. Una de las galaxias más distantes y pequeñas descubiertas hasta el momento, compuesta por aproximadamente un millón de estrellas, fue detectada gracias a la lente gravitacional del cúmulo de galaxias Abell 2218, que aumentó su brillo en 30 veces.

El descubrimiento se realizó utilizando los telescopios Keck del Observatorio Mauna Kea de Hawái, y se confirmó mediante observaciones del telescopio espacial Hubble en 1995 y 1998. Aunque se han detectado galaxias más distantes, ninguna es tan pequeña y de tan baja masa. Los científicos creen que podría tratarse de un sistema estelar que eventualmente se unirá a otros grupos similares de estrellas para formar una galaxia "auténtica".

Se estima que las galaxias se formaron aproximadamente 2.000 millones de años después del origen del Universo, y actualmente se alejan de la Tierra a velocidades cercanas al 88% de la velocidad de la luz.

Radiación de una galaxia

El conocimiento sobre la apariencia de una galaxia se basa principalmente en observaciones ópticas. A través de estos estudios, se pueden obtener detalles sobre la composición y los movimientos de las estrellas individuales mediante análisis espectrales en la región óptica del espectro electromagnético. Además, la investigación en la región de radio del espectro ha proporcionado información detallada sobre la estructura galáctica, ya que el gas de hidrógeno presente en los brazos espirales de una galaxia emite radiación en esta región. Por otro lado, el polvo caliente del núcleo y los brazos espirales de una galaxia emiten radiación en la zona infrarroja del espectro.

La astronomía infrarroja también ha revelado información valiosa, ya que algunas galaxias emiten más energía en la región óptica. Además, las observaciones recientes en rayos X han confirmado la presencia de gas a temperaturas de millones de grados en los halos galácticos. La emisión de rayos X también se observa en diversos objetos, como cúmulos globulares, fragmentos de supernova y gas caliente en cúmulos de galaxias. Por último, las observaciones en la región ultravioleta proporcionan información sobre las características del gas en el halo galáctico y los detalles de la evolución de las estrellas jóvenes en las galaxias.