La variedad de esta noche

En el cielo se pueden ver una gran cantidad de galaxias, nebulosas, cúmulos, etc. y existen muchos tipos y subtipos de cada uno de estos. Y con tales cantidades, es imposible generar nombres propios para cada uno de ellos, se pueden encontrar cientos de millones de galaxias en la constelación de Andrómeda, no a todas las llamaremos "Galaxia de Andrómeda". De aquí que en astronomía se utilizan los catálogos para tener nombres para cada objeto relevante. El mejor conocido de todos es el catálogo Messier, creado por el astrónomo francés Charles Messier. Este catálogo es muy usado por los aficionados a la astronomía por consistir en objetos relativamente brillantes y fáciles de ver desde el hemisferio norte (Messier observaba desde París). Pero ¿que pasas con los objetos brillantes que no se pueden ver desde París pero si desde otros lugares mas al sur?

A mediados de los 90's el famoso divulgador de la astronomía británico Sir Patrick Caldwell-Moore (mas conocido como Patrick Moore) publicó un catalogo de cuerpos celestes con objetos que se encontraban en los catálogos Messier y NGC. La publicación de dicho catálogo generó una serie de reacciones apasionadas a favor y en contra. Mientras que muchos aficionados a la astronomía criticaron a Moore por andarle poniendo nombres adicionales a sus amados objetos Messier (lo que para muchos amantes de los Ms es casi una blasfemia) otros se limitaron a decir que era una linda colección de objetos sin razón aparente. Pero la pregunta que uno debe hacerse es: ¿de que sirve el catalogo Caldwell? Para objetos de cielo profundo ya esta e NGC, para uso profesional tenemos el SDSS y similares, mientras que para uso de aficionados el Messier ha funcionado bien............a medias, ya que, como se mencionó, este catálogo es de objetos visibles desde París y los observadores del hemisferio sur no pueden ver muchos de ellos. Otro aspecto es que el catálogo Messier fue creado como auxiliar en la búsqueda de cometas, por lo que se incluyó todo lo que cumplía el criterio de parecerse a un cometa (para saber que NO era un cometa) y en esos tiempos, las galaxias y nebulosas se veían como cometas.

La razón de ser del catálogo Caldwell es esa, la de servir como un muestrario de cuerpos celestes. Tiene tantos objetos en el hemisferio norte como en el sur y es mas variado que el Messier mientras que tiene una cantidad similar de objetos (109 para el Caldwell y 110 para el Messier). Así que mas que un ataque de megalomanía, la creación del catálogo Caldwell fue una buena idea para hacer divulgación y para disfrutar de una variedad de objetos celestes. Así que para los habitantes de latitudes muy al sur, que difícilmente obtendrán buenas imágenes de las galaxias M100 o M98, disponen de C101 o C77.

Galaxias C97 (arriba) y C101 (abajo), dos de los objetos fáciles de ver en el

Abajo pueden encontrar la imagen descargable del mapa celeste de los objetos Caldwell. Para los aficionados a la astronomía les recomendaría observar cada objeto disponible desde su latitud. Inclusive para aquellos que habiten en el hemisferio norte, ya que este catálogo incluyo objetos adicionales a los Messier y es una buena fuente de variedad celeste.

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Receta para una galaxia

Es común encontrar, en el núcleo de las galaxias, hoyos negros super-masivos, es decir hoyos negros de cientos, miles e inclusive millones de masas solares. Estos hoyos negros juegan un papel importante en el nacimiento de las galaxias, pero los detalles han estado ocultos y han sido materia de debate durante décadas.

Resultados de la simulación de Kazantzidis, se ve la colisión de dos galaxias espirales y la galaxia mayor que resulta.

Ahora, una nueva simulación da indicios sobre el papel de los hoyos negros super-masivos y la materia oscura en la primeras etapas del universo. El trabajo de simulación computacional del astrónomo Stelios Kazantzidis y algunos colegas de la universidad de Ohio consistió en alimentar en un programa de computadora una enorme masas de gas y someterlo a las condiciones similares a las encontradas en el universo primitivo. Los resultados fueron muy llamativos en lo que se refiere a los procesos de acresión, es decir, el proceso por el cuál el gas se condensa y forma estrellas, galaxias, etc. Durante mas de veinte años se asumía un proceso de acresión jerarquizada donde pequeños fragmentos de las enormes nubes de gas se acretaban para formar estructuras pequeñas, las cuales a su ves iban formando estructuras mas grandes. Así, se formarían primero algunas estrellas, las cuales formarían grupos reducidos y luego estos se unirían para formar galaxias que crecían continuamente. En cuanto a los hoyos negros en su centro se asumía algo similar. Se pensaba que al fusionarse dos galaxias, sus centros colacionarían entrando en orbitas muy cerradas y que irían colapsándose lentamente hasta que los dos hoyos negros choquen entre sí y se fusionen en uno solo mayor. De esta manera al ir canibalizando galaxias, el hoyo negro de una galaxias iría creciendo.

M100, ejemplo de galaxia gigante (Elíptica) con un hoyo negro super-masivo en el núcleo.

Pero los resultados de las simulaciones fueron diferentes. Según los resultados obtenidos, grandes nubes iniciaron el colapso para formar grandes galaxias, dentro de las cuales, segmentos pequeños se fueron acretando después. Mientras que los hoyos negros en los núcleos supermasivos tienen una historia similar al aparecer rápidamente en las etapas tempranas del universo. Así que estos resultados apuntan a una época de formación de grandes hoyos negros y enormes galaxias, pero esto tiene otras consecuencias. De acuerdo con Kazantzidis la evidencia apunta a que la materia oscura si se acreta primero en fragmentos pequeños y luego los grandes, mientras que la materia ordinaria lo hace de forma inversa, tal como se ve en las simulaciones.

Esto a punta a una pista mas en el intento por identificar la materia oscura, uno de los mayores misterios científicos de hoy. De la materia oscura no sabemos mucho, no sabemos que es, pero sabemos donde está, sabemos cuanta es y ahora sabemos que las agrupaciones de la misma se comportan diferente ala materia ordinaria a la hora de acretarse.

En la siguiente entrada hablaremos un poco mas de la materia oscura.

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Una galaxia muy X

Las galaxias con enormes "ciudades de estrellas" en las cuales habitan varios miles o millones de millones de estrellas. En estas "ciudades" se desarrolla todo el ciclo de vida estelar, desde el nacimiento en nubes moleculares hasta la muerte como supernovas o nebulosas planetarias. Y las galaxias, además, pueden clasificarse según su estructura, en espirales y elípticas. De los dos tipos, las elípticas se conocen por tener menores tasas de natalidad estelar, mientras que las espirales están marcadas por la actividad de nacimiento y muerte a lo largo y ancho de sus discos.

Al observar una galaxias espiral, lo mas fácil de reconocer es su disco, estructura enorme y brillante que rodea al pequeño núcleo. Y en una galaxias en particular, el disco es conocido por ser muy brillante, la galaxia NGC 4666. No es la que tiene mas fenómenos de formación estelar, ni la mas brillante, pero dentro de las que tienen estas características es la mas fácil de ver. Ahora, como casi cualquier aficionado a la astronomía sabe, las estrellas se forman por el colapso de nubes de gas y polvo, lo cuál ocurre por la atracción gravitatorio de unas partes de la nube contra otras. Pero existen procesos gracias a los cuales este fenómeno se puede acelerar. Veamos la imagen siguiente;

Esta es la galaxia NGC 4666, como pueden ver su disco es claramente visible y notablemente brillante, de hecho mas de lo normal. Si tomamos mediciones de distancia (con los datos espectroscópicos de las galaxias vistas en la imagen ) veremos que la pequeña NGC 4668, visible a la izquierda abajo, es una galaxia vecina (del mismo grupo) que NGC 4666. Y resulta que esta vecina perturba gravitatoriamente a NGC4666, pero al no ser una galaxias una estructura sólida, cada una de sus partes se puede ver afectada de forma independiente, así las regiones formación estelar se pueden activar al ser comprimidas las nebulosas que contienen por la gravedad de galaxias vecinas.

Pero si esto fuera cierto, tendríamos un fenómeno adicional, un "superviento". Esto es debido a que al estar naciendo muchas estrellas, el viento estelar (similar al viento solar) de tantas estrellas jóvenes se combinaría para formar este superviento el cuál escaparía de la galaxia a alta velocidad. Desde lejos, este gas se vería como una enorme nube muy caliente que emite rayos X. Esto es importante, por que al ser únicamente un gas que no esta en alguna interacción fuerte con mas materia, no emitirá lo que llamamos luz visible por lo que no se verá en fotografías como la que vimos anteriormente de la galaxia. Para esto necesitaríamos una telescopio de rayos X tal como el XMM. Y precisamente, el XMM ha sido usado recientemente para fotografiar la galaxia NGC 4666 y el resultado fue la siguiente imagen donde se empalma un negativo de la galaxia contra un mapa de líneas mostrando al intensidad del brillo en rayos X;

Esta imagen, no solo nos muestra que efectivamente se tiene un considerable espacio lleno de gas que emite rayos X, también nos muestra que en cualquier fotografía que tomemos del universo, habrá mucho mas de lo que se ve, y muchas veces entender un fenómeno requiere observar en múltiples regiones del espectro ya que un cuerpo puede brillar poco en un tipo de radiación, pero mucho en algún otro.

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Son Galaxias y Fósiles, 1 año y contando

Este pasado 24 de Enero Galaxias y Fósiles cumplió su primer año de existencia. El 24 de enero del 2009 salió la primer entrada "Metano Marciano". En celebración de tal ocasión he preparado una entrada que responderá una de las preguntas mas frecuentes que me hacen: ¿Por qué el nombre de "Galaxias y Fósiles"?

Concepción artística de unas de las primeras estrellas, en el universo antiguo, mas denso y caliente que como es actualmente. Las estrellas solían ser mas calientes y brillantes.

Claro, como ya sabrán los temas principales son astronomía y paleontología, así que esa es la respuesta mas común, pero de igual manera se pudo haber llamado "Estrella y Trilobites" o "Cometas y Dinosaurios" (algo poco conocido es que este blog estuvo a punto de llamarse "El guayabito pernoctado", pero se cambió a "Galaxias y Fósiles" dos segundos antes de escribir el nombre). Pero la realidad es que el nombre esconde mas que solo la relación entre ambas ciencias ya que en astronomía existe un termino para designar a ciertos sistemas estelares, este es el de galaxias fósiles (que también estuvo a punto de ser el nombre del blog). Así que continuando con el mandato del divulgador de "no hablar sin enseñar" veremos que son las galaxias fósiles.

Existe toda una variedad de tipos de galaxias que se designan según su forma, pero un tipo muy particular son algunas galaxias que son muy antiguas "reliquias" que casi no han cambiado. Hemos de recordad que las galaxias son en realidad sistemas dinámicos que cambian con el tiempo, pero las llamadas "fósiles" son las que se han mantenido sin cambios desde las primeras eras del universo y suelen ser ricas en gas y pobres en estrellas en comparación con las mas modernas.

Como es de esperarse, estas galaxias son fundamentales para estudiar las etapas iniciales del universo, en especial los momentos después de la Gran Recombinación, que fue un evento a eso de los 380,000 años después del Big Bang. El Big Bang, como ya habrán oído, fue el evento que originó la expansión del espacio-tiempo y como consecuencia, el universo. Pero originalmente se tenía unicamente energía, poco después (unos cuantos segundos) aparecen las primeras partículas materiales y a los 380,000 años aproximadamente (algunas estimaciones andan en 240,000-310,000 años), el universo se había expandido y enfriado lo suficiente como para permitir la agregación de partículas elementales en los primeros átomos, las primeras estrellas y galaxias aparecen poco después. Es de esta época de cuando datan algunas de las galaxias fósiles. Aunque se han encontrado galaxias de formación reciente con receta "a la antigua".

Grupos fósil, el color azul denota la parte visible en rayos X, es decir, el gas caliente que rodea a la galaxia central, denotada en rojo y blanco.

Y otro aspecto muy relevante son los grupos fósiles. Como se mencionó en la entrada "La Vecindad" y "Juntos y revueltos" los grupos de galaxias son conjuntos de estos sistemas que están unidos gravitatoriamente y que tarde o temprano se funcionarán en un solo cuerpo, una super-galaxia. Pero observaciones hechas en conjunto entre telescopios de rayos X y ópticos han mostrado la existencia de super-galaxias rodeadas de una enorme nube de gas a temperaturas muy altas que se son los remanentes de galaxias devoradas hace millones de años por la galaxias central. Es decir, esos sistemas son grupos fósiles, el remanente de un grupo donde todas las galaxias ya fueron "comidas" por un solo cuerpo central.

Mucho de estos sistemas fósiles aun estan por estudiarse, aunque con los nuevos telescopios orbitales, de seguro saldrán resultados interesante en los próximos años. En cuando al blog, espero que este años se junten al menos otras 26,000 visitas, y seguiremos esperando sus comentarios y propuestas para mas temas.

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Juntos y revueltos

Como ya se había comentado hace un par de entradas , las galaxias viven en grupos junto con otras galaxias. Estos grupos suelen estar compuestos de unas cuantas galaxias grandes con un séquito de pequeñas galaxias satélites.

El "Quinteto de Stephan", es un grupo de galaxias muy cercanas que están interactuando gravitatoriamente. El par de miembros del centro están en pleno proceso de fusionarse, mientras que el miembro de arriba a la izquierda muestra indicios de interacción.

En años recientes el estudio de estos grupos nos ha enseñado cosas muy interesante ya que se ha abandonado la noción antigua de que las galaxias, una vez formadas, permanecían inmutables. Bueno en realidad lo que pasaba era las galaxias eran tan grandes (desde el punto de vista humano) que nunca se consideró que existiera un proceso causante de algún cambio significativo en ellas. De esta manera se pasaron mucho años, desde que se afianzó el concepto de galaxia (o universo isla, como se decía antes), durante los 50s hasta que inició el estudio del efecto que tenían los grupos sobre sus galaxias miembro. Pero hoy sabemos que uno de los efectos mas relevantes se da cuando tenemos casos de canibalismo galáctico.

Par de galaxias interactuantes, dentro de unos cuantos miles de millones de años formarán una sola galaxia.

Si recuerdan los mapas del grupo local mostrados en la penúltima entrada, cada galaxia grande, como las tres dominantes del grupo local, tiene a sus satélites muy cercanas. El estar a una distancia tan reducida implica que la probabilidad de que alguna de esas galaxias satélites "choque" con el disco que su galaxia madre sea muy grande. Y cada vez que esto ocurre (interactúa un satélite con el disco de la principal), la satélite pierde velocidad y masa, es decir, en cada "pase" por el disco se va haciendo mas pequeña y lenta. Y claro, eventualmente será absorbida por la galaxia principal. A esto se le llama canibalismo galáctico. Es decir, cuando una galaxia se "come" a otra, que suele ser su satélite.

M51, la Galaxia del Remolino. Se pueden ver los dos núcleos, el de arriba es el núcleo de una antigua espiral que ha sido canibalizada por su compañera.

Este es el destino que le espera a pequeños miembros del grupo local que están cerca de la Vía Láctea, como la Enana de Sagitario, ambas Nubes de Magallanes (la Grande y Pequeña) y casi todas nuestras satélites. Pero ¿Que pasa cuando interaccionan dos galaxias grandes, por ejemplo, la Vía Láctea y Andrómeda?

De hecho esto sucederá dentro de unos 6,000 millones de años (las estimaciones varían mucho debido a los problemas con las mediciones de velocidad). Así que las posibles consecuencias son de particular interés, aunque se estima que el Sol tiene apenas unos 5,000 millones de años de vida, con unos 500 millones de utilidad como estrella de un planeta habitado.

Par de galaxias en colisión de alta velocidad, el impacto deformó a los dos cuerpos incidentes.

En primer lugar, un error muy común es pensar que cuando dos galaxias chocan, sus estrellas también chocarán. Pero esto no sucederá. En el disco de galaxias como la Vía Láctea o Andrómeda las estrellas distan unos 4 años luz de sus vecinas, por lo que en una colisión galáctica una estrella dada tendría un espacio de 4 años luz para pasar entre dos estrellas sin chocar con ellas. Y mas aún, si dos estrellas se acercan mucho, la tendencia será de acelerarse reducir así el tiempo para una colisión posible.

Pero bueno, las estrellas no chocarán, pero si habrá efectos. En particular en las nubes moleculares. Estas nubes, en ocasiones también llamadas nebulosas son las enormes regiones donde se forman las estrellas, algunas pueden medir cientos de años luz de un extremo a otro y se encuentran a lo largo de todo el disco de la galaxia. Por tanto, la probabilidad de que choquen las nubes moleculares de una galaxia con las de otra cuando se da una colisión galáctica es muy elevada. Esto tendrá el efecto de comprimir las nubes y propiciar la formación estelar. Así que esperaríamos que cuando dos galaxias chocan, en la parte donde se están combinando se formen muchas estrellas nuevas. Esta aceleración en formación estelar provocará un incremento en los niveles de radiación a los que un planeta se vería sometido (aunque un planeta tan protegido como la Tierra no se alteraría mucho).

Así, el proceso de choque entre dos galaxias espirales producirá muchas estrellas nuevas. Aparte de esto, la interacción entre los dos discos disipará la energía cinética de ambos cuerpos incidentes (en español: frenará las galaxias). Por lo que se dará un proceso cíclico, en el que las galaxias A y B se acercan, interaccionan, se traspasan, y luego se alejan de nuevo, pero sin llegar a la misma distancia que las separaba originalmente (por que perdieron energía al interactuar) tan solo para frenarse y regresar a reunirse de nuevo y reiniciar el proceso.

A dos o mas galaxias en proceso de unirse se les conoce como Merger y el estudio de estos sistemas nos a revelado una de las formas mas importantes que tienen las galaxias de evolucionar, el fusionarse con otras. Y esto puede ayudar a explicar algunos detalles curiosos sobre los conteos de galaxias espirales y elípticas. En algunas regiones y ciertas distancias (por lo tanto, en ciertas épocas) del universo faltan espirales y sobran elípticas.

Pero gracias al estudio de los mergers, hoy sabemos que cuando, por ejemplo, dos galaxias espirales se fusionan, suelen formar una elíptica grande. Y algunos modelos indican que después de algunos miles de millones de años esta puede evolucionar de nuevo a una espiral gigante.

Mergers en diferente etapa de maduración. Desde al fase acercamiento (1) , hasta la formación de una galaxia elíptica gigante.

Mucho sobre la física de estos procesos aun esta en fase de estudio, por lo que se espera que en años por venir se entienda mucho mas de los mergers.

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La vecindad

En astronomía, se entiende por "vecindad" al grupo de estrellas mas cercanas, y aunque cada astrónomo define "cercano" como le venga en gana, casi todo están de acuerdo en llamar "vecindad solar" a las estrellas a una distancia máxima de 20 años luz. Pero hay otro concepto de "vecindad" que es la vecindad galáctica, es decir el grupo de galaxias mas cercanas a la nuestra.

M31, o galaxia de Andrómeda, una de nuestras vecinas mas importantes. Es un buen ejemplo de una "metrópolis de estrellas". Esta galaxia es muy parecida a la nuestra, la Vía Láctea. En la imagen se pueden ver sus dos satélites más importantes, M32 y M110, son los manchones blancos abajo(M110) y arriba a la derecha(M32) del centro de la imagen.

Pero en primer lugar entendamos lo que es una galaxia, y para eso veamos algunas cosas sobre las estrellas. En primer lugar, las estrellas y las personas tienen cosas en común; por ejemplo, no hay dos estrellas exactamente iguales, aunque se les puede clasificar y meter en grupos, tal como las personas. Existen estrellas grandes y chicas, viejas, jóvenes y adultas, de varios colores y temperaturas, y adicionalmente, las estrellas viven (ok, no "viven" en el sentido biológico, pero lo usaremos como sinónimo de "existir") en grupos. Y así como las personas viven en poblaciones de diferentes tamaños (aldeas, pueblos, ciudades, etc), las estrellas también se pueden encontrar en agrupaciones de diversos tamaños. Y a las agrupaciones mas grandes de estrellas se les llaman galaxias.

La galaxia del Triángulo (M33). El otro miembro del trio dominante del grupo local (Vía Láctea, M32 y M33).

En sí, una galaxias es como una ciudad de estrellas, y tal como las ciudades, se les encuentra de muchos tamaños, algunas, como la nuestra (llamada Vía Láctea) o nuestra vecina Andrómeda (M31), son grandes metrópolis estelares. Mientras que entorno a estas se encuentran pequeños pueblos y aldeas que son galaxias enanas y regularmente satélites de las galaxias grandes. Por ejemplo, la Vía Láctea tiene una variedad de galaxias satélite, entre ellas las famosas Nubes de Magallanes (son dos, una grande y otra pequeña) que son fáciles de ver desde el hemisferio sur.

Dibujo realista de la Vía Láctea, se ve la posición del Sol y la galaxia "Enana de Sagitario" que es el satélite descubierto mas recientemente de nuestra galaxia.

Pero existen estructuras todavía mayores. Sucede que las galaxias se agrupan en estructuras, las más básicas de las cuales se denominan "grupos galácticos". Y si, también existen "grupos de grupos" llamados cúmulos e inclusive "grupos de cúmulos" llamados super-cúmulos.

Esquema del sistema de la Vía Láctea con sus galaxias satélites.

La Vía Láctea esta en un grupo llamado el "grupo local" el cuál esta compuesto por alrededor de 50 galaxias de todos los tamaños. Para empezar tenemos tres galaxias grandes, las tres galaxias espirales que dominan el grupo; la Vía Láctea, Andrómeda (M31) y la Galaxia del Triángulo. Luego cada una de estas tiene un séquito de pequeñas galaxias satélite.

Esquema del Grupo Local, los tres miembros dominantes se ven con sus nombres en amarillo.

La estructura del grupo local es, hasta donde sabemos, típica de otros grupos similares, incluyendo a algunos grupos vecinos, y nos da información sobre el ambiente en el que evolucionan las galaxias (ya que las galaxias pueden llegar a cambiar mucho con el tiempo).

Mapa del espacio cercano al Grupo Local, se ven algunos grupos vecinos y los cúmulos mas cercanos (Clusters, en Inglés).

En la siguiente entrada sobre astronomía se verán algunos de los efectos que tiene el que las galaxias vivan en grupos.

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