29 Secuencia de Hubble de galaxias

Hay dos tipos de galaxias: las elípticas y las espirales. Los astrónomos sospechaban desde hacía tiempo que las similitudes y diferencias entre ellas, como sus protuberancias centrales comunes, y la presencia o ausencia de un disco plano de estrellas, indicaban una pauta de desarrollo. Las imágenes de zonas más profundas del cielo han proporcionado pruebas de que las colisiones de galaxias pueden ser las responsables de la «secuencia de Hubble».

Cuando en la década de los veinte del siglo pasado se aceptó que algunas de las borrosas nebulosas que salpican los cielos eran galaxias diferentes a la nuestra, los astrónomos intentaron clasificarlas. Hay dos tipos básicos de galaxias: algunas son homogéneas y tienen forma de elipse; y otras tienen unos claros patrones superpuestos.

Estas clases se conocen, respectivamente, como galaxias elípticas y en espiral. El astrónomo norteamericano Edwin Hubble fue el primero en establecer que las nebulosas están fuera de la Vía Láctea y a gran distancia. Sus clasificaciones siguen usándose en la actualidad. Las galaxias elípticas se describen con la letra E, seguida de un número (de 0 a 7) que aumenta según lo alargada que sea la galaxia. Una galaxia E0 es aproximadamente redonda, mientras que una galaxia de tipo E7 tiene una forma más similar a un cigarro. En tres dimensiones, las elípticas tienen una forma parecida a un balón de fútbol americano (o una pelota de rugby).

Por su parte, las galaxias en espiral en el sistema de Hubble se indican mediante la letra S y una letra más (a, b o c) dependiendo de lo apretados que estén sus brazos en espiral. Una galaxia Sa es una espiral muy apretada, mientras que una clasificado como Sc forma una espiral más suelta. En tres dimensiones, las galaxias en espiral son planas como un disco de frisbee (sólido) o una lente. Algunas galaxias en espiral presentan una línea característica, o «barra», a lo largo de las regiones interiores, en ese caso, reciben el nombre de espirales barradas; sus denominaciones siguen el mismo esquema, pero usando las letras SB en lugar de sólo S. Las galaxias que no encajan en ningún esquema, incluidas las que tienen forma irregular, llamadas irregulares, así como las que estarían a caballo entre las elípticas y las espirales, se clasifican como S0.

El diapasón de Hubble Si las observamos con atención, comprobaremos que hay similitudes entre las estructuras de ambas clases. Las galaxias espirales están formadas por dos componentes, como un huevo frito: una protuberancia central (la yema), que se parece mucho a una galaxia elíptica, y el disco plano (la clara) que lo rodea. La relación entre el tamaño de la protuberancia y el del disco es otro modo de clasificación de las galaxias. Hubble incluso imaginó las galaxias en una secuencia que empezaría por las galaxias dominadas por la protuberancia, entre las que se incluían las elípticas, hasta llegar a las galaxias que son discos casi por entero. A las galaxias del primer caso se las denomina en ocasiones «tempranas», y a las últimas, «tardías». Hubble pensó que estas similitudes significaban que las galaxias podían evolucionar de un tipo a otro.

Hubble dispuso sus categorías de galaxia en un diagrama en forma de diapasón. De izquierda a derecha a lo largo del diapasón, dibujó una secuencia de galaxias elípticas, que incluía desde las redondeadas hasta las alargadas. A la derecha, a lo largo del brazo superior del diapasón, dispuso una secuencia de espirales que iba desde las espirales apretadas que tenían grandes protuberancias y discos pequeños hasta las que sólo tenían discos con espirales amplias y prácticamente sin protuberancias. Las espirales barradas están dispuestas a lo largo del brazo inferior paralelo. Mediante este famoso esquema, llamado el diagrama diapasón de Hubble (véase la p. 121), Hubble expresaba la idea crucial de que las galaxias elípticas podían desarrollar discos y un día convertirse en espirales. Sin embargo, no tenía ninguna prueba de que tales transformaciones ocurrieran y, de hecho, muchos investigadores han consagrado toda su carrera a intentar averiguar cómo evolucionan las galaxias de un tipo a otro.

Fusiones Las características de las galaxias pueden cambiar radicalmente mediante las colisiones. Estudiando el cielo con telescopios, los astrónomos han descubierto muchas parejas de galaxias que claramente interactúan. En los casos más espectaculares, las galaxias pueden perder sus largas colas de estrellas, similares a la de un renacuajo, por su gravedad respectiva, como ocurre con la pareja de galaxias en colisión llamadas «Antennae». Hay galaxias que impactan directamente con otra galaxia, eliminando nubes de estrellas y emitiendo anillos de humo de gas. La perturbación consiguiente suele aumentar la luminosidad de las galaxias, puesto que en las nubes de gas turbulentas se forman nuevas estrellas. Las jóvenes estrellas azules pueden estar totalmente cubiertas de hollín cósmico, lo que provoca que las regiones emitan destellos rojos, del mismo modo que el polvo realza los tonos rojizos del atardecer. Las fusiones de galaxias son espectaculares.

No obstante, los detalles de cómo se construyen las galaxias siguen siendo inciertos. Para destruir un disco grande de estrellas y dejar una protuberancia elíptica desnuda, debería tener lugar una colisión catastrófica; igualmente, para que una galaxia desarrolle un disco considerable y sin trastornos debe producirse una serie de acumulaciones moderadas. Los astrónomos tienen pocas oportunidades de ver galaxias en estados intermedios, de manera que es posible que se complique su explicación de cómo cambian las galaxias a través de las fusiones.

Ingredientes galácticos Las galaxias contienen desde millones a billones de estrellas. Las galaxias elípticas y protuberancias de las espirales están compuestas sobre todo por estrellas rojas viejas. Éstas viajan en órbitas inclinadas al azar generando su forma elipsoidal abombada. En los discos de galaxias espirales, por el contrario, se encuentran principalmente estrellas azules jóvenes. Se concentran en los brazos de la espiral, que desencadenan la formación de estrellas cuando pasan por las nubes de gas que hay en el disco. Mientras que los discos de las espirales contienen mucho gas, especialmente hidrógeno, las galaxias elípticas albergan mucho menos y, por tanto, en ellas se forman menos estrellas nuevas.

En los discos galácticos, se detectó también la presencia de materia oscura (véase la p. 76). Las espirales exteriores giran demasiado rápido para que su velocidad se explique sólo por su masa de estrellas y gas, lo que implica que debe haber alguna otra forma de materia presente. Este material extra no es visible porque no emite ni absorbe luz, y recibe el nombre de materia oscura. Podría estar presente en forma de partículas exóticas que son difíciles de detectar, porque raramente interactúan, o de objetos compactos y pesados, como agujeros negros, estrellas fracasadas o planetas gaseosos. La materia oscura forma una cubierta esférica alrededor de la galaxia, denominada «halo».

El campo profundo de Hubble Los mismos tipos básicos de galaxias existen por todo el universo. La imagen más profunda del cielo que se ha podido captar pertenece al Campo Profundo de Hubble. Para comprobar qué aspecto tiene una franja común del universo lejano, en 1995 el telescopio espacial Hubble observó una pequeña porción del cielo (de unos 2,5 minutos de arco) durante 10 días. La aguda visión del observatorio en órbita permitía a los astrónomos llegar a zonas del espacio muy profundas que estaban fuera del alcance de los telescopios situados en el suelo. Como la luz tarda bastante tiempo en llegar hasta nosotros a través del espacio, vemos las galaxias tal y como eran hace muchos millones de años.

Como se eligió un campo deliberadamente limpio de estrellas en primer plano, casi todos los 3.000 objetos del marco eran galaxias lejanas. La mayoría son elípticas y espirales, lo que indica que ambos tipos se formaron hace mucho tiempo. Sin embargo, las galaxias azules, más irregulares y pequeñas, abundan más en el universo lejano que en el cercano. Además, hace 8.000 o 10.000 millones de años, se estaban formando estrellas a una proporción diez veces superior a la actual. Ambos factores sugieren que las colisiones más frecuentes son responsables del rápido crecimiento de las galaxias en el universo joven.

La idea en síntesis: transformadores de galaxias