Las galaxias

¿Que es una galaxia?

Una galaxia es un conjunto de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo cósmico, materia oscura y energía unidas gravitatoriamente en una estructura más o menos definida.

Se estima que existen al menos 2 billones de galaxias en el universo observable.

La mayoría de las galaxias tienen un diámetro entre cien y cien mil parsecs y están usualmente separadas por distancias del orden de un millón de parsecs.

Muchas de las galaxias están dispuestas en una jerarquía de agregados, llamados cúmulos, que a su vez pueden formar agregados más grandes, llamados supercúmulos. Estas estructuras mayores están dispuestas en hojas o en filamentos rodeados de inmensas zonas de vacío en el universo.

Tipos de Galaxias

Históricamente, las galaxias se han clasificado de acuerdo a su forma.

En 1926, Edwin Hubble, uno de los más importantes astrónomos estadounidenses del siglo XX, estableció la secuencia de Hubble: una clasificación de tipos de galaxias por su forma aparente, en forma de diapasón.

Podemos distinguir por su estructura las siguientes clases de galaxias:

Galaxias elípticas

Las galaxias elípticas (E0-7) tienen la forma de una elipse, con una distribución bastante uniforme de las estrellas por todas partes.
El número tras la E indica el grado de excentricidad. Las galaxias E0 son casi esféricas, mientras E7 son muy aplanadas.

Són ejemplos de galaxias elípticas: M32, M59, M60, M87, M105, M110, M49 y M39.

Galaxias lenticulares

Las galaxias lenticulares (S0 y SB0) parecen tener una estructura de disco con una concentración de estrellas central proyectándose de él. Pero carecen de brazos espirales.

Podemos observar por ejemplo: M84, M85 y NGC 3115.

Galaxias espirales

Las galaxias espirales (Sa-d) tienen una concentración de estrellas central y un disco aislado que presenta brazos espirales. Los brazos están centrado alrededor de la protuberancia, variando de los muy arremolinados y poco definidos (Sa) a los muy sueltos y definidos (Sc y Sd).

Podemos observar galaxias espirales como: M81, M51 y NGC 2841.

Galaxias espirales barradas

las galaxias espirales barradas (SB0/a-d) tienen una estructura en espiral similar a las galaxias espirales pero los brazos se proyectan desde el final de una "barra" central en lugar de emanar de una concentración central de estrellas.

Se piensa que la barra actúa como un mecanismo que canaliza el gas interestelar desde los brazos espirales hacia el centro a través de resonancia orbital, encauzando el flujo para crear estrellas nuevas.

Destacamos para su observación M83, NGC 1300, NGC 4921, NGC 1300 o NGC 1073.

Galaxias espirales intermedias

Las Galaxias espirales intermedias (SAB0/a-c) tienen una morfología intermedia entre las galaxias espirales y las galaxias espirales barradas.

Algunos ejemplos son: M65, M66, M106, NGC 253 y NGC 2403.

Galaxias irregulares

Las galaxias irregulares (Irr) no tienen una forma definida y son, normalmente, el resultado de perturbaciones provocadas por la atracción gravitacional de galaxias vecinas. Se dividen en Irr-I, que muestran estructura espiral deformada, e Irr-II para las galaxias que no encajan en ninguna otra categoría.

Son galaxias irregulares: M82 y NGC 1427A.

Composición de los diferentes tipos de galaxias

Observaciones más recientes nos han dado la siguiente información sobre estos tipos:

• Las galaxias elípticas suelen tener poco gas y polvo y están compuestas principalmente de estrellas antiguas.
• Las galaxias espirales tienen abundantes existencias de gas y polvo, y tienen una mezcla de estrellas antiguas y jóvenes.
• Las galaxias irregulares son ricas en gas, polvo y estrellas jóvenes.

Observación de galaxias

Seguramente una galaxia es uno de los objetos de cielo profundo más majestuoso que podamos observar.
Y además son fácilmente observables con modestos aparejos astronómicos.

Las galaxias visibles a simple vista

Las galaxias visibles sin telescopio son vecinas de nuestro Grupo Local:

Vía Láctea

La Vía Láctea, es una galaxia espiral barrada, en cuya periferia se encuentra el Sol y todo su sistema.

La edad de la Vía Láctea se situaría en torno a los 13.600 millones de años.

Como formamos parte de ella lo que podemos ver son las estrellas que forman parte del brazo en el que estamos incluidos, que se muestra como un reguero blanquecino que cruza el cielo nocturno.

M31 / NGC 224 – Galaxia de Andrómeda

La galaxia de Andrómeda, situada a más de dos millones de años-luz. Gira como contrapeso de la Vía Láctea. Tiene siete brazos espirales, conformada por estrellas jóvenes y dos pequeñas galaxias elípticas que gravitan como si fueran sus satélites.

Situada a 2,5 millones de años luz, es, junto con nuestra propia galaxia, la más grande y brillante de las galaxias del Grupo Local.

Las Nubes de Magallanes

Las Nubes de Magallanes, son dos galaxia enanas que aparecen formando dos porciones de estrellas y material interestelar, observables desde el hemisferio sur.

Aunque históricamente se consideraba que orbitaban en torno a la Vía Láctea, estudios recientes lo han descartado.

La Gran Nube de Magallanes (LMC) y la Pequeña Nube de Magallanes (SMC – NGC 292), son visibles desde el hemisferio austral en noches con cielo limpio de nubes y sin luna. Aparecen como dos pequeñas manchas blanquecinas, opuestas a la constelación de Crux desde el punto de vista del polo sur celeste.

La Gran Nube tiene unos ocho grados de tamaño angular en el cielo, lo que supone unas 16 veces el diámetro de la Luna tal como la vemos a ojo desnudo. Vista en el cielo, la Gran Nube de Magallanes es enorme, tanto que no son necesarios los telescopios para apreciar algunos de sus objetos más destacados, como la gigantesca Nebulosa de la Tarántula, bautizada así porque su aspecto recuerda al de una araña.
Pero eso es lo que parece, ya que, realmente, la Gran Nube es una galaxia diminuta, de sólo unos 20.000 años luz de diámetro, más o menos la quinta parte de los 100.000 años luz que se cree que tiene la Vía Láctea. Entre ambas hay una distancia aproximada de unos 160.000 años luz.

La Pequeña Nube de Magallanes sólo tiene 9.000 años luz de diámetro y está a casi 200.000 años luz de distancia, pero a pesar de ello se ve perfectamente sin ayuda óptica cerca de su hermana mayor, ocupando en el cielo una extensión angular de unos tres grados, unas seis veces el tamaño de la Luna, por lo que también su apariencia es grande.

Galaxias visibles con pequeños telescopios

Con un pequeño instrumento astronómico como unos prismáticos o un telescopio de iniciación ya podemos disfrutar de la observación de galaxias.

M81 / NGC 3031 – GALAXIA DE BODE (BODE'S GALAXY)

La galaxia M81, descubierta en 1774, es la principal de un grupo de galaxias, el cual es comparable a nuestro Grupo Local. Su núcleo es muy denso, y se piensa que en él se aloja un agujero negro supermasivo.

M82 / NGC 3034 – GALAXIA DEL CIGARRO (CIGAR GALAXY)

Éste es un ejemplo de galaxia “Starburst” (galaxia con brote estelar), ya que registra en su región central, una muy elevada tasa de nacimiento de estrellas; muy superior a una galaxia normal.
Es la más brillante galaxia infrarroja, debido a las numerosas estrellas jóvenes que alberga. En una pequeña área cerca del núcleo, hay muchas más estrellas que en toda la Vía Láctea; se estima que se forman tres veces más por año. Las supernovas aparecen a un ritmo de una por década, varias veces el de nuestra propia galaxia.
Está muy ligada a M81 (pertenece al mismo grupo de galaxias), y ha tenido un encuentro cercano con ella hace unos 600 millones de años, lo cual explicaría el fenómeno “Starburst”. Hubo un segundo encuentro hace 10 millones de años.
Es visible durante todo el año en el hemisferio norte.

NGC 253 – GALAXIA DEL ESCULTOR (SCULPTOR GALAXY)

Inclinada 78º desde nuestro punto de vista, es una galaxia espiral barrada, similar a M82 dado que en ella se producen fenómenos “Starburst”; impresionantes vientos generados en el núcleo colisionan con gas, disparando la formación de estrellas. En el centro existe un cluster visible a magnitud 14, conteniendo tal vez 1,5 masas solares. Esto se debe posiblemente a la acreción de un cuerpo de un millón de masas solares, ocurrido hace 10 millones de años, que se supone que es lo que ha disparado esta serie de fenómenos.
Es la galaxia más brillante del “Grupo de Sculptor”, el cúmulo de galaxias más cercano a nuestro Grupo Local. Por sus características, se estudia NGC253 en diversas longitudes de onda diferentes a la luz visible.
Es visible en el hemisferio norte en otoño tardío, por un corto período de tiempo.

M63 / NGC5055 – GALAXIA DEL GIRASOL (SUNFLOWER GALAXY)

Es parte de un grupo de galaxias, que interaccionan gravitacionalmente: M51, NGC5023, y la débil UGC8320. Se calcula que su núcleo, tiene 900 millones de masas solares.
Aparte de sus regiones ópticamente visibles, la galaxia está compuesta de un disco de hidrógeno neutro (el cual no es visible con telescopios de aficionado). Se la denomina “galaxia floculenta”, debido a que su estructura está formada por multitud de segmentos de brazos espirales.
Es considerada por algunos la más bella galaxia del Catálogo Messier.
Podemos verla durante todo el año.

M101 / NGC 5457 – GALAXIA DEL MOLINETE (PINWHEEL GALAXY)

M101 es una galaxia que podemos ver de cara. Tiene aproximadamente el doble de tamaño que nuestra Vía Láctea.
Hay dentro de ella muchas regiones de formación de estrellas, compuestas por hidrógeno ionizado (H II). Muchas de estas estrellas pueden verse como puntos brillantes in telescopios de aficionado. Se piensa que la galaxia ha interactuado con otros miembros de su grupo (NGC5477, NGC5474, UGC8837), unos pocos cientos de millones de años atrás, lo cual ha inducido la creación de las regiones de H II.
Es visible todo el año.

M64 / NGC 4826 – GALAXIA DEL OJO NEGRO (BLACK EYE GALAXY)

M64 es otro caso de galaxia LINER, debido a su efecto “Starburst” en el núcleo. Se caracteriza porque su núcleo es químicamente diferente al resto de la galaxia; el gas en el disco exterior gira en sentido contrario al resto del gas y estrellas de la galaxia. Esto puede ser debido a la acreción en el pasado de una galaxia satélite enana, rica en gas, aunque otros astrónomos sugieren que simplemente nació con esas características.
El telescopio espacial Hubble, además de las regiones de creación de estrellas, ha identificado gran número de regiones H II (hidrógeno ionizado).
Es observable desde el hemisferio norte en marzo, abril y mayo.

M51 / NGC 5194 – GALAXIA DEL REMOLINO (WHIRLPOOL GALAXY)

Las primeras fotos de M51, que nos muestran toda su belleza, datan de 1889; aunque su descubrimiento se debe a Charles Messier, en 1773.
Tal como otras galaxias que hemos visto, M51 tiene regiones H II e interacciones con otras galaxias (NGC5195 en este caso), que provocan el nacimiento de unas 4 estrellas por año dentro de ella. Apenas más pequeña que la Vía Láctea, unos 87.000 años luz, apenas tiene el 10% de su masa.
Es visible durante todo el año en el hemisferio norte.

M104 / NGC 4594 – GALAXIA DEL SOMBRERO (SOMBRERO GALAXY)

A diferencia de otras galaxias, que gracias al telescopio espacial Hubble sabemos exactamente la distancia a la que se encuentran, M104 se estima que está ubicada a 44,7 millones de años luz, aunque otras estimaciones la ubican a sólo 28. En cualquier caso, desde nuestro punto de vista está ubicada dentro de la Constelación de Virgo, aunque no pertenece a ella.
Tiene un característico anillo de polvo interestelar, constituído por partículas de un tamaño de micrones, pero que por sí solo tiene una masa de 10 millones de soles.
Fue una de las primeras galaxias donde se descubrió en su centro, en 1988, un objeto supermasivo, que se cree es un agujero negro.
Se puede observar en el hemisferio norte en primavera (Abril / Mayo).

M33 / NGC 598 – GALAXIA DEL TRIÁNGULO (TRIANGULUM GALAXY)

Esta galaxia pertenece al Grupo Local, de la que es la tercera en tamaño. Es además, una de las más cercanas a la Vía Láctea. Desde nuestro punto de vista, M33 gira en sentido anti-horario, y tarda 200 millones de años en dar una revolución completa.
A diferencia de otras galaxias, no tiene un objeto súper masivo en el centro. De nuevo, el telescopio espacial Hubble ha sido de gran ayuda para estimar la distancia que nos separa a ella. Está ubicada apenas un poco más alejada que la Galaxia de Andrómeda, a unos 2,74 millones de años luz.
Es un objeto que puede verse a simple vista (siempre condicionado por la calidad del cielo), y en otoño desde el hemisferio norte.

Dinámica de galaxias

Las galaxias bagan por el cosmos con una dirección y velocidad pròpia, y a veces las galaxias se acercan demasiado y chocan entre sí.

La Vía Láctea, dentro de cinco mil millones de años, colisionará con Andrómeda, su vecina galáctica más cercana, dando lugar a una galaxia que probablemente será de tipo espiral llamada Lactómeda. Las galaxias son tan grandes y están tan expandidas en los extremos que, aunque se choquen entre sí, los planetas y los sistemas solares a menudo no llegan a colisionar.

Cúmulos de galaxias

La galaxias no se distribuïen uniformemente en el espacio, sinó que se agrupan formando cúmulos.

Un cúmulos de galaxias, o agrupación galáctica, es una estructura que se compone de galaxias agrupadas por la fuerza de gravedad.

Estos conjuntos corresponden a las estructuras unidas por la fuerza de gravedad más grandes conocidas en el universo y se creyó que eran de las estructuras conocidas más grandes en el universo hasta la década de 1980, en la que se descubrieron los supercúmulos.

Las distintas agrupaciones de galaxias que conforman el universo se llaman grupos, cúmulos y supercúmulos según su tamaño y el número de galaxias que contienen. Que van desde pequeños grupos con una decena de galaxias hasta grandes cúmulos de miles de galaxias.

A los conjuntos pequeños de galaxias a menudo se les refiere como grupos de galaxias.

Los supercúmulos son estructuras más complejas formadas por centenares o miles de cúmulos galácticos interaccionando gravitatoriamente entre sí.

Grupos de galaxias

Características de los grupos de galaxias:

• Contienen menos de 50 galaxias
• Tienen un diámetro de unos 2 Mpc
• Tienen una masa del orden de 10¹³ masas solares
• La dispersión de velocidades es del orden de 150 km/s

Algunos grupos de galaxias destacables son el Grupo Local, en el que se encuentra nuestra galaxia; La Via láctea, el Quinteto de Stephan; Un fotogénico grupo de cuatro galaxias unidas gravitatoriamente, más una superpuesta visualmente, descubierto en 1877 por el astrónomo Édouard Stephan y el Cuarteto de Robert.

El astrónomo Paul Hickson creó en 1982 un catálogo de grupos de galaxias llamado los Grupos Compactos de Hickson.

Cúmulos de Galaxias

Los cúmulos de galaxias tienen las siguientes propiedades:

• Contienen entre50 y 1000 galaxias, gases que emiten rayos X de alta temperatura y grandes cantidades de materia oscura.
• La distribución de los tres componentes es aproximadamente la misma en el cúmulo.
• Tienen una masa total de 10¹⁴ a 10¹⁵ masas solares.
• Por lo general tienen un diámetro entre los 2 y 10 Mpc (ver 10²³ m para ver comparaciones de distancia).
• La extensión de las velocidades de las galaxias individuales es de aproximadamente entre 800 y 1000 km/s.
• La distancia media entre cúmulos es del orden de 10 Mpc.

Algunos cúmulos de galaxia destacables que se encuentran en el universo cercano son el Cúmulo de Virgo, el Cúmulo de Fornax, el cúmulo de Hércules y el Cúmulo de Coma.

Supercúmulos de galaxias

Los supercúmulos son agrupaciones que se comportarían de forma parecida a los cúmulos, solo que en ellas las partículas elementales que lo constituyen ya no serían galaxias individuales, sino grupos y cúmulos galácticos enteros que se mueven confinados en su colosal campo gravitatorio.

Más allá de los supercúmulos

La materia del universo visible se distribuye a lo largo de estructuras colosales que reciben el nombre de filamentos o muros según su forma, quedando gran cantidad de regiones huecas, llamadas vacíos, sin apenas materia luminosa.

Métodos de observación de cúmulos de galaxias

Los cúmulos de galaxias se han encontrado en sondeos mediante diversas técnicas de observación y se han estudiado en detalle utilizando diversos métodos:

• Óptico o infrarrojo: Las galaxias individuales de los cúmulos pueden estudiarse mediante imágenes ópticas o infrarrojas y espectroscopia. Los cúmulos de galaxias se detectan con telescopios ópticos o infrarrojos mediante la búsqueda de sobredensidades, y luego se confirman encontrando varias galaxias con un desplazamiento al rojo similar. Las búsquedas en el infrarrojo son más útiles para encontrar cúmulos más distantes (mayor desplazamiento al rojo).
• Rayos X: El plasma caliente emite rayos X que pueden ser detectados por telescopios de rayos X. El gas del cúmulo puede estudiarse mediante imágenes y espectroscopia de rayos X. espectroscopia de rayos X. Los cúmulos ocupan un lugar destacado en los sondeos de rayos X y, junto con los AGN, son los más brillantes en este campo. junto con los AGN, son los objetos extragalácticos emisores de rayos X más brillantes.
• Radio: En los cúmulos se han encontrado varias estructuras difusas que emiten radiofrecuencias. Los grupos de fuentes de radio (que pueden incluir estructuras difusas o AGN) se han utilizado como trazadores de la ubicación de los cúmulos. A alto desplazamiento al rojo en torno a fuentes de radio individuales (en este caso AGN) para detectar protocúmulos (en este caso AGN). para detectar protocúmulos (cúmulos en proceso de formación).
• Efecto Sunyaev-Zel'dovich: Los electrones calientes del medio intracúmulo dispersan la radiación del fondo cósmico de microondas mediante la dispersión Compton inversa. Esto produce una "sombra" en el fondo cósmico de microondas observado en algunas radiofrecuencias.
• Lentes gravitacionales: Los cúmulos de galaxias contienen suficiente materia como para distorsionar las orientaciones observadas de las galaxias situadas detrás de ellos. las orientaciones observadas de las galaxias situadas detrás de ellos. Las distorsiones observadas pueden para modelar la distribución de la materia oscura en el cúmulo.