26.2: Tipos de Galaxias
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Describir las propiedades y características de galaxias elípticas, espirales e irregulares
- Explicar qué puede causar que la apariencia de una galaxia cambie con el tiempo
Habiendo establecido la existencia de otras galaxias, Hubble y otras comenzaron a observarlas más de cerca, señalando sus formas, su contenido y tantas otras propiedades como pudieran medir. Esta fue una tarea desalentadora en la década de 1920 cuando obtener una sola fotografía o espectro de una galaxia podría llevar una noche llena de observación incansable. Hoy en día, telescopios más grandes y detectores electrónicos han hecho que esta tarea sea menos difícil, aunque la observación de las galaxias más distantes (las que nos muestran el universo en sus primeras fases) aún requiere un esfuerzo enorme.
El primer paso para tratar de entender un nuevo tipo de objeto suele ser simplemente describirlo. Recuerde, el primer paso para comprender los espectros estelares fue simplemente ordenarlos según su apariencia (ver Analizando Starlight). Resulta que las galaxias más grandes y luminosas vienen en una de dos formas básicas: o son más planas y tienen brazos espirales, como nuestra propia Galaxia, o parecen ser elípticas (en forma de dirigible o cigarro). Muchas galaxias más pequeñas, por el contrario, tienen una forma irregular.
Galaxias Espirales
Nuestra propia Galaxia y la galaxia Andrómeda son típicas galaxias espirales grandes (ver Figura\(26.1.1\) en la Sección 26.1). Consisten en una protuberancia central, un halo, un disco y brazos espirales. El material interestelar suele extenderse por los discos de las galaxias espirales. Nebulosas de emisión brillante y estrellas jóvenes calientes están presentes, especialmente en los brazos espirales, lo que demuestra que aún se está produciendo una nueva formación estelar. Los discos suelen ser polvorientos, lo que es especialmente notable en aquellos sistemas que vemos casi de borde (Figura\(\PageIndex{1}\)).
En las galaxias que vemos de frente, las estrellas brillantes y las nebulosas de emisión hacen que los brazos de las espirales destaquen como los de un molinete del 4 de julio. Los cúmulos estelares abiertos se pueden ver en los brazos de espirales más cercanas, y los cúmulos globulares a menudo son visibles en sus halos. Las galaxias espirales contienen una mezcla de estrellas jóvenes y viejas, tal como lo hace la Vía Láctea. Todas las espirales giran, y la dirección de su giro es tal que los brazos parecen andar muy parecidos a la estela de un barco.
Alrededor de dos tercios de las galaxias espirales cercanas tienen barras de estrellas en forma de caja o cacahuete que recorren sus centros (Figura\(\PageIndex{2}\)). Mostrando gran originalidad, los astrónomos llaman a estas galaxias espirales barradas.
Como señalamos en el capítulo La Galaxia de la Vía Láctea, nuestra Galaxia también tiene una barra modesta (ver Figura\(25.2.1\) en la Sección 25.2). Los brazos espirales suelen comenzar desde los extremos de la barra. El hecho de que las barras sean tan comunes sugiere que son de larga vida; puede ser que la mayoría de las galaxias espirales formen una barra en algún momento de su evolución.
Tanto en galaxias espirales barrada como no barrada, observamos una variedad de formas diferentes. En un extremo, el bulto central es grande y luminoso, los brazos son tenues y fuertemente enrollados, y las nebulosas de emisión brillante y las estrellas supergigantes son poco visibles. Hubble, quien desarrolló un sistema de clasificación de galaxias por forma, le dio a estas galaxias la designación Sa. Las galaxias en este extremo pueden no tener una estructura de brazo espiral clara, lo que resulta en una apariencia similar a una lente (a veces se las conoce como galaxias lenticulares). Estas galaxias parecen compartir tantas propiedades con galaxias elípticas como lo hacen con galaxias espirales
En el otro extremo, el abultamiento central es pequeño y los brazos están flojamente enrollados. En estas galaxias Sc, las estrellas luminosas y las nebulosas de emisión son muy prominentes. Nuestra Galaxia y la Galaxia Andrómeda son ambas intermedias entre los dos extremos. Fotografías de galaxias espirales, ilustrando los diferentes tipos, se muestran en la Figura\(\PageIndex{3}\), junto con galaxias elípticas para comparación.
Las partes luminosas de las galaxias espirales parecen variar en diámetro de aproximadamente 20,000 a más de 100,000 años luz. Estudios recientes han encontrado que probablemente existe una gran cantidad de material galáctico que se extiende mucho más allá del borde aparente de las galaxias. Este material parece ser un gas delgado y frío que es difícil de detectar en la mayoría de las observaciones.
A partir de los datos observacionales disponibles, se estima que las masas de las porciones visibles de galaxias espirales oscilan entre mil millones y 1 billón de soles (\(10^9\)a\(10^{12}\)\(M_{\text{Sun}}\)). Las luminosidades totales de la mayoría de las espirales caen en el rango de 100 millones a 100 mil millones de veces la luminosidad de nuestro Sol (\(10^8\)to\(10^{11}\)\(L_{\text{Sun}}\)). Nuestra Galaxia y M31 son relativamente grandes y masivos, como van las espirales. También hay considerable materia oscura dentro y alrededor de las galaxias, así como la hay en la Vía Láctea; deducimos su presencia de lo rápido que las estrellas en las partes externas de la Galaxia se mueven en sus órbitas.
Galaxias Elípticas
Las galaxias elípticas consisten casi en su totalidad en estrellas viejas y tienen formas que son esferas o elipsoides (esferas algo aplastadas) (Figura\(\PageIndex{4}\)). No contienen rastro de brazos espirales. Su luz está dominada por estrellas rojizas más viejas (la población II estrellas discutidas en La Galaxia de la Vía Láctea). En las elípticas cercanas más grandes, se pueden identificar muchos cúmulos globulares. El polvo y las nebulosas de emisión no son visibles en las galaxias elípticas, pero muchas sí contienen una pequeña cantidad de materia interestelar.
Las galaxias elípticas muestran diversos grados de aplanamiento, que van desde sistemas que son aproximadamente esféricos hasta aquellos que se acercan a la planitud de las espirales. Las raras elípticas gigantes (por ejemplo, ESO 325-G004 en la Figura\(\PageIndex{4}\)) alcanzan luminosidades de\(10^{11}\)\(L_{\text{Sun}}\). La masa en una elíptica gigante puede ser tan grande como\(10^{13}\)\(M_{\text{Sun}}\). Los diámetros de estas grandes galaxias se extienden a lo largo de varios cientos de miles de años luz y son considerablemente mayores que las espirales más grandes. Aunque las estrellas individuales orbitan el centro de una galaxia elíptica, las órbitas no están todas en la misma dirección, como ocurre en las espirales. Por lo tanto, las elípticas no parecen rotar de manera sistemática, lo que dificulta estimar cuánta materia oscura contienen.
Encontramos que las galaxias elípticas van desde los gigantes, recién descritos, hasta los enanos, que pueden ser el tipo de galaxia más común. Las elípticas enanas (a veces llamadas esferoides enanas) escaparon de nuestro aviso por mucho tiempo porque son muy débiles y difíciles de ver. Un ejemplo de elíptica enana es la galaxia esferoidal enana Leo I que se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\). La luminosidad de esta enana típica es aproximadamente igual a la de los cúmulos globulares más brillantes.
Intermedios entre las galaxias elípticas gigantes y enanas se encuentran sistemas como M32 y M110, los dos compañeros de la galaxia Andrómeda. Si bien a menudo se les conoce como elípticas enanas, estas galaxias son significativamente más grandes que galaxias como Leo I.
Galaxias irregulares
Hubble clasificó galaxias que no tienen las formas regulares asociadas a las categorías que acabamos de describir en el contenedor catchall de una galaxia irregular, y seguimos usando su término. Por lo general, las galaxias irregulares tienen menores masas y luminosidades que las galaxias espirales. Las galaxias irregulares a menudo aparecen desorganizadas, y muchas están experimentando una actividad de formación estelar relativamente intensa. Contienen tanto estrellas jóvenes de población I como estrellas de población vieja II.
Las dos galaxias irregulares más conocidas son la Gran Nube de Magallanes y la Pequeña Nube de Magallanes (Figura\(\PageIndex{6}\)), que se encuentran a una distancia de poco más de 160 mil años luz de distancia y se encuentran entre nuestros vecinos extragalácticos más cercanos. Sus nombres reflejan el hecho de que Fernando de Magallanes y su tripulación, haciendo su viaje alrededor del mundo, fueron los primeros viajeros europeos en notarlos. Aunque no son visibles desde Estados Unidos y Europa, estos dos sistemas son prominentes del hemisferio sur, donde se ven como nubes tenues en el cielo nocturno. Dado que solo están cerca de una décima parte de distancia que la galaxia de Andrómeda, presentan una excelente oportunidad para que los astrónomos estudien nebulosas, cúmulos estelares, estrellas variables y otros objetos clave en el escenario de otra galaxia. Por ejemplo, la Gran Nube de Magallanes contiene el complejo 30 Doradus (también conocido como la Nebulosa Tarántula), uno de los grupos más grandes y luminosos de estrellas supergigantes conocidos en cualquier galaxia.
La Pequeña Nube de Magallanes es considerablemente menos masiva que la Gran Nube de Magallanes, y es seis veces más larga que ancha. Esta estrecha brizna de material apunta directamente hacia nuestra Galaxia como una flecha. La Pequeña Nube de Magallanes probablemente se contorsionó en su forma actual a través de interacciones gravitacionales con la Vía Láctea. Un gran rastro de escombros de esta interacción entre la Vía Láctea y la Pequeña Nube de Magallanes se ha sembrado a través del cielo y se ve como una serie de nubes de gas que se mueven a una velocidad anormalmente alta, conocida como la Corriente Magallánica. Veremos que este tipo de interacción entre galaxias ayudará a explicar las formas irregulares de toda esta categoría de galaxias pequeñas.
Vea este hermoso álbum que muestra los diferentes tipos de galaxias que han sido fotografiadas por el Telescopio Espacial Hubble.
Galaxy Evolution
Animados por el éxito del diagrama H-R para estrellas (ver Análisis de la luz estelar), los astrónomos que estudian galaxias esperaban encontrar algún tipo de esquema comparable, donde las diferencias de apariencia pudieran vincularse a diferentes etapas evolutivas en la vida de las galaxias. ¿No sería bueno que cada galaxia elíptica evolucionara en espiral, por ejemplo, al igual que cada estrella de secuencia principal evoluciona hacia un gigante rojo? Se probaron varias ideas simples de este tipo, algunas del propio Hubble, pero ninguna resistió la prueba del tiempo (y la observación).
Debido a que no se pudo encontrar un esquema simple para evolucionar un tipo de galaxia en otro, los astrónomos tendieron entonces al punto de vista opuesto. Durante un tiempo, la mayoría de los astrónomos pensaron que todas las galaxias se formaban muy temprano en la historia del universo y que las diferencias entre ellas tenían que ver con la tasa de formación estelar. Las elípticas fueron aquellas galaxias en las que toda la materia interestelar se convirtió rápidamente en estrellas. Las espirales eran galaxias en las que la formación estelar se produjo lentamente a lo largo de toda la vida de la galaxia. Esta idea resultó ser demasiado simple también.
Hoy, entendemos que al menos algunas galaxias han cambiado de tipo a lo largo de los miles de millones de años desde que comenzó el universo. Como veremos en capítulos posteriores, las colisiones y fusiones entre galaxias pueden cambiar drásticamente las galaxias espirales en galaxias elípticas. Incluso las espirales aisladas (sin galaxias vecinas a la vista) pueden cambiar su apariencia con el tiempo. A medida que consumen su gas, la tasa de formación estelar se ralentizará y los brazos espirales gradualmente se volverán menos visibles. Por lo tanto, durante largos períodos, las espirales comienzan a parecerse más a las galaxias en el medio de la Figura\(\PageIndex{3}\) (a las que los astrónomos se refieren como tipos S0).
En las últimas décadas, el estudio de cómo evolucionan las galaxias a lo largo de la vida del universo se ha convertido en uno de los campos más activos de la investigación astronómica. Discutiremos la evolución de las galaxias con más detalle en La evolución y distribución de las galaxias, pero primero veamos con un poco más de detalle cómo son las diferentes galaxias.
Resumen
La mayoría de las galaxias brillantes son espirales o elípticas. Las galaxias espirales contienen estrellas tanto viejas como jóvenes, así como materia interestelar, y tienen masas típicas en el rango de\(10^9\) a\(10^{12}\)\(M_{\text{Sun}}\). Nuestra propia Galaxia es una gran espiral. Las elípticas son sistemas esferoidales o ligeramente alargados que constan casi en su totalidad de estrellas viejas, con muy poca materia interestelar. Las galaxias elípticas varían en tamaño desde gigantes, más masivas que cualquier espiral, hasta enanas, con masas de solo aproximadamente\(10^6\)\(M_{\text{Sun}}\). Las elípticas enanas son probablemente el tipo de galaxia más común en el universo cercano. Un pequeño porcentaje de galaxias con formas más desorganizadas se clasifican como irregulares. Las galaxias pueden cambiar su apariencia con el tiempo debido a colisiones con otras galaxias o por un cambio en la tasa de formación estelar.
Glosario
- Galaxia elíptica
- una galaxia cuya forma es una elipse y que no contiene material interestelar conspicuo
- Galaxia irregular
- una galaxia sin ninguna simetría o patrón claro; ni una espiral ni una galaxia elíptica
- galaxia espiral
- una galaxia aplanada y giratoria con brazos tipo rueda de alfiler de material interestelar y estrellas jóvenes, saliendo de su bulto central