En el Universo cercano, las galaxias se entrecruzan: Andrómeda, la espiral gigante, dirige indiscutiblemente el Grupo Local; M51, la madre modelo, educa sola a M52 con el extremo de su brazo; los Ratones alborotan un poco más lejos y M49, la elíptica, pasea sus redondeces por el cúmulo de la Virgen.
Hay cosas que pueden saberse de ellas con una simple mirada: su color y forma, la presencia o no de brazos, anillos, barras… y esto permite conocer un poco su naturaleza e historia. Buscando ejemplos en el deporte: si la galaxia semeja un balón de fútbol, forma parte del clan de las elípticas. Si parece más bien un disco de atletismo, es un miembro de las lenticulares. Y si despliega sus brazos como una bailarina, se trata de una espiral. Analizando su ropa: si es roja o amarilla, sus estrellas son viejas; mientras que un color más bien azul indica que son jóvenes. En el caso de que sus trajes estén un poco polvorientos, puedo deducir que contiene muchos metales…
En un lenguaje menos poético, la observación y el análisis de las formas tiene un nombre: morfología. La morfología de las galaxias es una rama de la astronomía que se desarrolló durante la primera mitad del siglo XX. La naturaleza de las galaxias era entonces un asunto controvertido que fue discutido en el llamado “Gran debate” o debate “Shapley-Curtis”. En esta época, las cuestiones se centraban en las “nebulosas espirales” y el tamaño del Universo: ¿son dichas nebulosas relativamente pequeñas y están incorporadas a nuestra galaxia o bien son galaxias grandes e independientes? Finalmente se demostró que quien tenía razón era Curtis, que defendía que las nebulosas eran en realidad galaxias parecidas a la Vía Láctea situadas a distancias muy grandes. Fueron principalmente las observaciones del astrónomo Edwin Hubble las que permitieron clausurar el debate.
Fue asimismo Edwin Hubble quien, al observar y catalogar las galaxias cercanas, se percató de que eran de muy diversa apariencia. A partir de esto elaboró la secuencia de Hubble, que permite describir una galaxia según su forma. Este científico definió tres grandes grupos de galaxias: las elípticas, las lenticulares y las espirales. Las elípticas se presentan bajo la forma de una esfera regular, y carecen de estructuras internas. Las lenticulares, como indica su nombre, se parecen a una lente, de hecho se componen de un bulbo, como las galaxias elípticas, y de un disco que es su envoltura externa. A veces las galaxias lenticulares contienen polvo, pero no otras estructuras. Las galaxias espirales, en cambio, presentan un bulbo central de menor tamaño y un disco con brazos espirales enrollándose alrededor del corazón de la galaxia. Las espirales se dividen en galaxias barradas y no barradas. Una cuarta clase, las irregulares, agrupa a las galaxias inhabituales, como las de fusión o aquellas que son deformadas por interacciones gravitacionales.
Para comprender la estructura de una galaxia, hay que saber que está compuesta principalmente por estrellas, gas y polvo (y materia oscura, de la cual no vamos a hablar). La luz que nos llega procede principalmente de las estrellas las cuales, junto con el gas y el polvo, se reparten de un modo muy heterogéneo, ya que interaccionan entre ellos y según el medio en el que se encuentran reaccionan de un modo distinto. Los fenómenos dinámicos (es decir los efectos gravitacionales y las ondas de densidad) dan forma a los brazos espirales, las barras y los anillos al actuar sobre la materia. Una barra se distingue como una banda luminosa que atraviesa el bulbo, y sus extremidades dan comienzo a los brazos espirales (cuando existen). Los anillos, como su nombre indica, son estructuras redondas en el plano del disco que pueden encontrarse a distancias variadas del centro: si los brazos espirales se extienden más allá del anillo, se llama interno, mientras que si los brazos quedan circunscritos al mismo es externo.
El polvo se compone de pequeños cúmulos sólidos de carbono, oxígeno, silicio y otros metales. Esto significa que una galaxia con mucho polvo tiene una elevada metalicidad, es decir, ha albergado numerosas generaciones de estrellas, puesto que el único modo de que se enriquezca en metales es la actividad nuclear de las estrellas las cuales, sobre todo al final de su vida, transforman el hidrógeno y el helio en compuestos más pesados antes de morir y los eyectan al medio interestelar. Si este medio es rico en metales, las estrellas que se formen en él también los serán.
El ciclo de vida estelar también explica en parte el color de las diferentes regiones de las galaxias: el bulbo es generalmente más rojo que el disco. Las estrellas azules, grandes y calientes, son muy luminosas y consumen su combustible rápidamente. Las estrellas rojas, más pequeñas y frías, viven más tiempo, razón por la cual son mayoritarias en las regiones donde la formación estelar tiene menos importancia, por ejemplo en el bulbo. Éste es, entonces, más rojo que el disco, en el cual la tasa de formación estelar es superior, lo que aumenta la proporción de estrellas jóvenes y azules. La formación estelar está relacionada con las regiones HII (hidrógeno molecular), visibles como puntos azules luminosos. En estas zonas, el gas se condensa localmente en función de las ondas de densidad, lo que favorece el nacimiento de las estrellas.
La morfología que se distingue en una galaxia no depende únicamente de sus propiedades físicas. Por ejemplo una galaxia espiral vista de frente muestra los dos brazos espirales mientras que de perfil parece muy fina y con una hinchazón luminosa en la zona del bulbo. Es lo que se denominan los efectos de presentación. La expansión del Universo influye también en el aspecto de la galaxia observada: con la distancia, el corrimiento espectral provoca un enrojecimiento y un debilitamiento de la radiación procedente de ella. Por esta razón, dos galaxias con el mismo tipo morfológico pueden ser imposibles de diferenciar si la distancia al observador es distinta. Sin hablar de las limitaciones de los telescopios, que no permiten obtener el mismo nivel de detalle para objetos alejados. Hay que añadir que, en parte por razones históricas, la clasificación morfológica se realiza a partir de imágenes en el visible, en el infrarrojo cercano o en el ultravioleta cercano. La apariencia de una galaxia es radicalmente distinta si es observada en radioondas o en rayos X, por lo cual es difícil, o incluso imposible, aplicar los mismos criterios de clasificación que en el visible.
Finalmente, el aspecto que se distingue de una galaxia resulta de la combinación de diversas variables: su composición físico-química, fenómenos como las interacciones gravitacionales internas y externas, la expansión del Universo o, mucho más trivial, el posicionamiento del objeto respecto al observador. La morfología de una galaxia informa sobre su historia, ya que proporciona indicaciones sobre su entorno y su edad.
Hoy en día estamos lejos de comprender la complejidad de las galaxias y su evolución. Los trabajos iniciados por los astrónomos en los años treinta constituyeron un primer paso en la investigación extragaláctica, pero estaban limitados por los sistemas de observación y cálculo de la época. Desde hace una década, los métodos científicos y técnológicos a disposición de los astrofísicos permiten la continuación de estos trabajos utilizando grandes volúmenes de datos (no sólo algunos miles de objetos del Universo local, como antaño). Y mañana podremos conocer todavía más de estas galaxias sobre las cuales nos gusta tanto lanzar… una simple mirada.
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