La via lactea
( Publicado en Revista Creces, Octubre 1996 )

Por lejos la mayor y mas brillante entre muchas otras galaxias en el universo, con cientos de miles de millones de estrellas. Los astrónomos, explorando nuestra galaxia, han ido aprendiendo de la evolución y naturaleza de las galaxias del cosmo

¡No se metan con la Vía Láctea!. En 1994 los astrónomos descubrieron los restos de una galaxia enana que se había acercado demasiado a los bordes de nuestra galaxia, rompiéndose en su osadía. Esta galaxia de mala suerte, habría sido la última víctima devorada por el insaciable apetito de la Vía Láctea.

Nuestra Galaxia tienen un inmenso poder de atracción por su enorme tamaño y masa. La Vía Láctea es una galaxia gigante, por lejos más brillante y más masiva que muchas otras galaxias del Universo. Además de nuestro Sol, contiene ciento de miles de billones de estrellas, toda ellas orbitando alrededor del centro de la galaxia, en la misma forma que los planetas de nuestro Sistema Solar orbitan el Sol. Cada una de las estrellas que vemos en el cielo a ojo desnudo, es parte de la Vía Láctea. Pero por cada estrella que vemos, hay cincuenta millones de estrellas que no vemos y que también pertenecen a ella.

Los astrónomos observan la Vía Láctea, no sólo para saber más acerca de nuestros vecinos inmediatos, sino también para entender mejor otras galaxias. Las galaxias son los blocks básicos fundamentales del Universo, en la misma forma que los átomos son los elementos básicos de la materia (hay cientos de miles de millones de galaxias). Pero sólo en la Vía Láctea pueden los astrónomos escudriñar la edad, la localización, las órbitas y la composición química de las débiles estrellas que constituyen la mayor parte de las galaxias, y de este modo saber más del origen y evolución de otras galaxias. Las otras están demasiado lejanas.

Pero la Vía Láctea es más que la galaxia a la que le debemos nuestra existencia; tal vez sea la piedra fundamental de todo el Universo.


Estrellas y gas geografía galáctica

La Vía Láctea es una "galaxia espiral", que para el observador externo, aparece en el espacio como una rueda con un eje central. Pero a los astrónomos les costo mucho darse cuenta que ella tenía realmente una forma de espiral, porque nosotros estamos en su interior, y vemos estrellas de diferentes regiones sobrepuestas unas sobre otras (fig. 1).

La primera galaxia espiral fue observada por Lord Rosse en Irlanda en el año 1845. Para ello se sirvió de un gran telescopio de la época, con el que pudo detectar un objeto que llamó M51 y que tenía la forma de una espiral. Desde entonces muchas galaxias que también tienen esta forma, han sido descritas. Pero fue sólo en el año 1951, que el astrónomo americano, William Morgan y sus colaboradores, estudiando nuestra galaxia, lograron hacer un mapa de regiones de gas hidrógeno ionizado por brillantes estrellas azules que poblaban los brazos espirales, resultando así la estructura que formaban la galaxia. De este mapa se pudo concluir que nuestra galaxia tenía también una forma de espiral.

Aún cuando los brazos de la espiral brillan más que las regiones entre medio, ellos no contienen más estrellas. Por el contrario, ellas cobijan nubes de gas y residuos, que en forma continua están dando lugar a la formación de nuevas estrellas. Unas pocas de estas estrellas nuevas son brillantes, azules y masivas. Estas últimas, las estrellas masivas, mueren rápidamente, antes que puedan abandonar el brazo de la espiral que les dio nacimiento. De este modo, todas las estrellas masivas están localizadas en los brazos de la espiral, y son estas las que hacen que los brazos se distingan nítidamente y se vean también hermosos.

Nuestro Sol está en un brazo de la espiral de la Vía Láctea, que se ha llamado Orion, que brilla como todas las estrellas que observamos en la noche en el firmamento.

El brazo Orion debe su nombre, al hecho de que incluye a muchos objetos famosos de la constelación, como la Nebulosa Orion y las estrellas Betelgeuse y Riger. Pero las estrellas del brazo Orion aparecen en todas las otras constelaciones. Pero nuestra galaxia tiene también otros brazos. Uno es el brazo Sagittarius, que esta a 6.000 años luz, más cerca del centro de la galaxia. En el sentido opuesto está el brazo Perseus, que también está a 6.000 años luz en la dirección opuesta (fig. 2).

Los brazos de la galaxia forman un disco que aparece como un panqueque, cuyo diámetro mide 130.000 años luz. Nuestro Sol está aproximadamente a 27.000 años luz del centro de la galaxia. El disco de la galaxia, es relativamente delgado y tiene aproximadamente 2.000 años luz de grosor. Para tener una idea mas o menos exacta de las proporciones de la galaxia, imagínense dos discos compactos, uno sobre otro, y ello es un modelo en miniatura acerca de su grosor y su diámetro (fig. 3).

Además de las estrellas, este disco contiene gas y basura. Este material es extremadamente tenue, ya que tiene solo un átomo por centímetro cuadrado. En contraste, el aire terrestre tiene 25 mil billones de billones de moléculas por centímetro cuadrado. Por eso es que el medio interestelar es considerado por nosotros como un vacío perfecto. Con todo, nuestra galaxia es tan enorme, que si comprimimos todo el gas interestelar y la basura que contiene, se formaría una masa de un tamaño de miles de millones de veces el tamaño de nuestro Sol.

Nosotros debemos nuestras vidas a esta materia interestelar, ya que hace 4 a 6 billones de años atrás, ella dio origen al Sol y a la Tierra. Aún hoy, nubes de gas interestelar y basura, continúan creando nuevas estrellas en los brazos de la galaxia. Se calcula que en la Vía Láctea, están naciendo diez estrellas al año, de modo que muchas son más jóvenes que usted o que yo.

Todas las estrellas y el gas están orbitando alrededor del centro de la galaxia (Sagittarius A), que probablemente es un hoyo negro, que tiene millones de veces más masa que el Sol. Este hoyo negro en el centro de la galaxia, actúa como una gran bomba aspirante.


Indicios del pasado demografía galáctica

Rodeando el disco de la galaxia, está el "halo estelar", que contiene algunas de las estrellas más viejas de la galaxia. Rodeando el halo estelar esta el misterioso halo oscuro, que no emite luz, pero no contiene la mayor parte de la masa de la galaxia (fig. 3). La evidencia de la existencia de este halo oscuro está dada por la alta velocidad que las estrellas y el gas del disco externo giran alrededor de la galaxia, como también el movimiento de 10 galaxias que orbitan alrededor de la nuestra (ver recuadro 3). La extensión del halo oscuro es incierta, pero se calcula que su diámetro es por lo menos de un cuarto de millón de años luz, o tal vez mayor, de modo que las galaxias más cercanas estarían también dentro de él. La composición del halo oscuro es desconocida. Hay diversas teorías que señalan que podría estar constituida por estrellas oscuras, como enanas pardas, hoyos negros, o incluso partículas subatómicas que aún no han sido detectadas.

En el año 1943, el astrónomo norteamericano, Walter Baade formuló el concepto de "poblaciones estelares". Estas serían grupos de billones de estrellas diferentes, que compartirían en general algunas propiedades similares. Estas propiedades, que ahora consideran los astrónomos, serían: a) edad de las estrellas; b) localización de ellas; c) como se mueven estas estrellas (cinética) y d) de que están hechas (metalicidad). El concepto de Baade de poblaciones estelares han permitido decodificar el rico récord historial escrito en las estrellas de nuestra galaxia, y de este modo tener un retrato vivo de como la Vía Láctea se formó y como evolucionó.

De estas cuatro propiedades que consideran los astrónomos para analizar la población de estrellas de la Vía Láctea, la edad es la más crucial.

La segunda propiedad de la población estelar, es la localización, que se refiere principalmente a como se distribuyen ellas alrededor de los diferentes planos de la galaxia. Algunas están en el plano central, mientras que otras están en planos superiores o inferiores.

La tercera propiedad de la población estelar, es la cinética, que describe como las estrellas se mueven alrededor del centro de la galaxia. Por ejemplo, el Sol da vuelta alrededor de la galaxia en una órbita circular, cada 230 millones de años. Sin embargo algunas de las órbitas son elípticas, de modo que su viaje gira desde el halo estelar al centro de la galaxia (fig. 4).

La cuarta y la última propiedad de la población estelar, es la metalicidad. Esto se refiere a la abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio (que son los más abundantes), que contiene una determinada estrella. Hay que señalar que los astrónomos consideran como elementos pesados (metálicos), aún al oxígeno y al neón que normalmente aparecen como gases. El Sol se considera rico en metales, porque tiene el 2% de su masa compuesta de metales; esta metalicidad varía mucho de una población estelar a otra, y algunas tienen sólo una fracción mucho menor de metales que la que contiene el Sol. En el concepto de metales, los astrónomos incluyen también elementos como el carbón.


Poblaciones terminales hechos familiares

Con relación a la ubicación de las estrellas en la galaxia, los astrónomos las clasifican en cuatro poblaciones. La población más brillante y la más prominente es la población del disco delgado de la galaxia (fig. 3), que incluye al Sol y el 96% de las estrellas cercanas a él, como es el caso de Alpha Centauri, Sirius, Vega, Betelguese y Rigel. En las estrellas del disco delgado, hay mucha variedad en relación con la edad. Algunas son objetos recién nacidos, otras tienen una edad mediana como el Sol, y otras son viejas, con edades que llegan hasta 10 billones de años. Como el nombre lo indica, el disco delgado está cercano al plano galáctico, hasta unos 1.000 años luz de él. Desde el punto de vista de la cinética, allí la mayor aparte de las estrellas tienen órbitas circulares y la metalicidad es alta.

La segunda gran población estelar es la Vía Láctica, es el disco grueso (fig. 3), que contiene aproximadamente el 4% de las estrellas cercanas. El miembro más brillante de este grupo es la estrella Arcturus. Como su nombre lo indica, el disco grueso es una población más distendida, donde una estrella típica está a una distancia del plano de la galaxia de 3.500 años luz. Las estrellas del disco grueso son más viejas, alrededor de 10 billones de años. Sus órbitas con relación al plano de la galaxia son más elípticas y sus metalicidad es aproximadamente sólo un 25% con relación a la del Sol.

La tercera población estelar es el "halo estelar", que son poco comunes, pero que dan una idea más clara del origen de la galaxia, ya que se formaron al mismo tiempo en que la galaxia se formó. Las estrellas del Halo son sólo una de mil. Generalmente ellas están a gran distancia, sobre o bajo el plano de la galaxia, y tienen órbitas extraordinariamente elípticas. También tienen una baja metalicidad, entre 1 y 10% la metalicidad del Sol.

La cuarta población estelar es la que está en la zona de bombeo, que rodea el centro de la galaxia. Ellas son viejas y generalmente tienen una alta metalicidad. Por su distancia de la Tierra, ellas han sido las menos exploradas.

Comparando las tres poblaciones estelares que podemos estudiar desde la Tierra (las que están en el disco delgado, el disco grueso y el halo), se puede deducir que existe una relación entre la edad de las estrellas y su metalicidad. Las más viejas, las que están en el halo, tienen las más baja metalicidad y las más jóvenes, que están en el disco delgado, tienen la mayor metalidad. Como las estrellas generalmente preservan la metalicidad con que nacen, se puede concluir que la metalicidad de las estrellas ha aumentado en función del tiempo.


Origen de la galaxia

Esto a su vez significa que las estrellas de la galaxia han creado los elementos pesados, a partir de la fusión de elementos ligeros. La creación de nuevos elementos se ha llamado "nucleosíntesis". Cuando las estrellas mueren, estos elementos pesados formados, son expulsados a la galaxia, donde enriquecen las nubes de gas y basura interestelar. Estas nubes dan nacimiento a nuevas estrellas, que consecuentemente heredan mayor metalicidad que sus predecesores.

Los elementos pesados en la Tierra, como el oxígeno que respiramos, el calcio de nuestros huesos, o el hierro de nuestra sangre, fueron creados billones de años atrás por estrellas que fallecieron hace largo tiempo. En alguna medida nosotros somos los herederos de esas viejas estrellas.

Teniendo en consideración todos estos antecedentes de las estrellas y geografía de nuestra galaxia antes descritos, los astrónomos han intentado armar estas piezas y elucubrar acerca del origen y evolución de la galaxia. En 1962, Olin Eggen, Donald Lynden-Bell y Allan Sandage, que estaban trabajando juntos en Pasadena, California, propusieron que la galaxia se había formado a partir de una gran bola de gas, de baja metalicidad, que rápidamente se enfrío y colapsó. Algunas estrellas habrían nacido durante este colapso y adquirieron órbitas elípticas y consecuentemente baja metalicidad, según era el medio gaseoso. Estas serían las estrellas viejas, que hoy día las vemos en el halo estelar. Según los astrónomos, el colapso de la galaxia fue tan rápido, que todas las estrellas del halo se formaron en un muy corto tiempo, alrededor de 200 millones de años (este tiempo es menos del 2% de la vida de la galaxia).

La mayor parte del gas no se habría condensado inmediatamente en estrellas y se habría formado un disco arremolinado, en que la coalición de las nubes de gases condicionó que las estrellas que se formaron más tarde allí, tomaran una órbita circular. Este gas ya tendría una mayor metalicidad, porque algunas de las estrellas del halo ya habían enriquecido con elementos pesados. Como resultado las estrellas que se habrían formado en el disco, quedaron con una órbita circular y una mayor metalicidad que las que se formaron en el halo. Esto explicaría las propiedades de las estrellas del disco de la galaxia.

No todos los astrónomos están de acuerdo con esta interpretación. En 1978, Leonard Searle y Robert Zinn, que también trabajaban en Pasadena, explicaron que el origen de la galaxia habría sido mucho más caótico. Según ellos el halo no nació de una simple entidad colapsada. Mas bien habría nacido de la coalición de numerosas galaxias menores. Hoy ellos creen que la pequeña galaxia, a que se hace referencia al comienzo de este artículo, estaría dando la pauta de como se fue formando la Vía Láctea.

Numerosos astrónomos que han estado estudiando la metalicidad y las órbitas durante la década de 1980, han ido encontrando evidencias que favorecen la hipótesis de la creación caótica de la Vía Láctea, como Searle y Zinn lo plantearon.

La discusión continúa, porque la investigación más reciente de la cinética y metalicidad de las estrellas viejas, apoyan la hipótesis de Eggen, Lyndell-Bell y Sandage. Otros astrónomos, más eclécticos, piensan que ambos escenarios son necesarios para entender completamente el origen de la galaxia.

Mientras los astrónomos continúan estudiando la evolución y el origen de la Vía Láctea, va quedando la idea de que ella realmente constituye una enorme masa de miles de millones de estrellas, rodeada por un enorme halo de materia oscura, cuya fuerza gravitacional ancla a todos sus constituyentes y a un imperio de otras 10 galaxias menores que la rodean y que, finalmente, también influencia a otras galaxias que están alejadas de ella por millones de años luz. La Vía Láctea, más que nuestra "galaxia hogar", es una de las creaciones más hermosas y espectaculares del Universo.




Cuando miramos al cielo en la noche, vemos una larga banda de luminosidad y de estrellas. Esta banda algunos la llaman "Vía Láctea", porque los griegos y los romanos la veían como la imagen de leche derramada. Pero la realidad es que todas las estrellas que vemos a ojo desnudo en la bóveda celeste, están en la Vía Láctea.






Las diferentes edades de una población estelar en relación otras, le permite a los astrónomos ordenar las piezas de la secuencia cronológica de la evolución de la galaxia, en la misma forma que los geólogos reconstruyen el pasado de la Tierra, mediante el estudio de sus diferentes estratos rocosos.






El imperio de la vía Láctea

La Vía Láctea, es más que una galaxia gigante. Es la dueña de un vasto imperio, que se extiende por millones de años luz y engloba por lo menos a otras 10 galaxias. Se trata de galaxias "satélites", que orbitan alrededor de la Vía Láctea, en la misma forma que la Luna orbita alrededor de la Tierra (fig. 5).

Las dos más grandes y más brillantes, son la Nube Magallánica Grande y la Nube Magallánica Pequeña, que respectivamente están a una distancia de 160.000 y 190.000 años luz del centro de nuestra galaxia. Aun cuando las Nubes Magallánicas son más pequeñas que la Vía Láctea, ellas brillan más que muchas galaxias del Universo, ya que contienen miles de millones de estrellas.

A grandes distancias, por lo menos hay otras ocho galaxias enanas. Las primeras dos (Sculptor y Fornax), fueron descubiertas en el año 1938. Una típica galaxia enana, contiene millones de estrellas, que están bastante esparcidas. Las mas apagadas galaxias enanas, emiten menos luz que una simple estrella de la Vía Láctea. La mas apagada galaxia en todo el Universo es Draco que brilla 240.000 veces más que nuestro Sol. Para comparación, hay que señalar que la Vía Láctea, brilla 15 billones de veces mas que nuestro Sol.

Las galaxias satelitales revelan la enorme masa de la Vía Láctea, ya que ellas orbitan alrededor por la influencia de su gravedad. Mientras más rápido ellas se mueven, más masiva tiene que ser nuestra propia galaxia, del mismo modo que los satélites del Sol se moverían más rápido si este tuviera mas masa. De este modo el movimiento de las galaxias satélites, indican que la Vía Láctea tiene millones de millones de mayor masa que el Sol.

En parte por esta enorme masa, las galaxias satélites tienen una peligrosa vida, porque la atracción de nuestra galaxia trata de rasgarlas. En la Tierra, una luna ejerce una atracción porque un lado de la Tierra está más cerca de la luna que el otro y, por ello, siente una mayor fuerza gravitacional.

Afortunadamente la Tierra es lo suficientemente fuerte como para soportar la atracción y por lo tanto no la cambia. Pero las galaxias satelitales, y especialmente las galaxias enanas están tan esparcidas, que sólo están muy débilmente unidas a su galaxia madre, por lo que no le cuesta mucho esparcir la galaxia.

La atracción de la galaxia depende de la distancia: a la mitad de distancia de las satélites con relación al centro de nuestra galaxia, la atracción aumenta ocho veces. Por esta razón las satélites más cercanas, están en la situación más peligrosa. En 1994 Rodrigo Ibata, Gerard Gilmore y Mike Irwin, que trabajaban en la Universidad de Cambridge, descubrieron los restos de una galaxia enana a una distancia de 60.000 años luz del centro de la galaxia, es decir, más cerca que cualquier otra galaxia. Esta galaxia había sido dividida en dos por la fuerza de atracción de nuestra galaxia.

Las Nubes Magallánicas, por ser tan grandes, enfrentan un problema adicional, que se ha llamado "fricción dinámica". Probablemente las Nubes Magallánicas están en el halo oscuro de la Vía Láctea. Como satélites masivos que se mueven en el mar de objetos del halo oscuro, su gravedad está alterando la materia oscura, creando una estela, cuya gravedad hace más lenta a estos satélites. De esta forma ellos pierden energía orbital, haciendo que se acerquen al centro de la Vía Láctea. Esto hace que la atracción galáctica se incremente, esparciendo estrellas en el halo en la Vía Láctea. Esto hace presumir que en 10 billones de años chocarán con el borde de la Vía Láctea, con lo que nuestra galaxia se enriquecerá con billones de nuevas estrellas que aumentará su ya enorme poder.





Ken Croswell


(Traducido de New Scientist. Inside Science. Número 90, 1996).


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