14- Nuestra galaxia

                                             

14-NUESTRA GALAXIA

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                                            "Que el número de mundos sea indeterminado es una cosa comprensible, y también que un mundo semejante pueda nacer o en otro mundo o en un intermundo -éste es el nombre que damos al espacio entre los mundos-, en un lugar muy vacío, pero no en un gran espacio absolutamente puro  y vacío, como afirman algunos. Y se forma por la confluencia de ciertos átomos apropiados a partir de un solo mundo, o de más, o de un intermundo, los cuales se unen poco a poco, se conectan y se desplazan de un lugar a otro, según los casos, afluyendo desde los lugares apropiados y mientras las bases admiten nueva aportación de materia hasta alcanzar el final de su proceso de crecimiento."    

Epicuro (Samos, 341a.C.-Atenas, 271 a.C.)

                   Hace más de un siglo que muchos cuerpos celestes similares a nuestra galaxia han sido estudiados por los científicos con sus telescopios. Desde las primeras décadas del siglo XX sabemos que se trata de galaxias, agrupaciones increíblemente densas de estrellas que pueblan todo el universo. Cada uno de esos conjuntos puede llegar a tener cien mil millones de estrellas y algunos de ellos incluso rebasan los doscientos cincuenta mil millones de individuos. Pero no sabemos tanto sobre cuando surgieron las agrupaciones estelares que conocemos por galaxias. Antes se creía que el universo, en su primera octava parte de existencia no contó con la historia de nuestra galaxia, ni tampoco con la de ninguna otra. Sin embargo, las teorías más recientes del "universo inflacionario", en el que, después de la Gran Explosión se produjo una repentina y ultrarrápida expansión, parecen significar que las galaxias existieron casi desde el principio. La homogeneidad a gran escala del universo actual, vendría a dar la razón a Alan Guth, Andrei Linde y sus seguidores, que fueron quienes primero dedujeron que la regularidad con que se distribuyen las estructuras, cúmulos y supercúmulos de galaxias en la inmensidad del espacio se explica por que el universo era ya muy homogéneo en sus comienzos. Y lo que es más importante, esa homogeneidad, se conservó sustancialmente como lo demuestra una contrastada predicción crítica de la teoría inflacionaria: se reparten a partes iguales el número de puntos fríos y calientes en el mapa de la radiación de fondo.

                   La generación actual de galaxias se puede producir en los puntos calientes del universo. Pero un punto "caliente" del universo, lo es por referencia a uno "frío". Eso no parece proporcionarnos una idea precisa de lo que supone la palabra homogeneidad. Bien, aclaremos que en el universo todo hay que considerarlo a gran escala. Desde esa perspectiva es más fácil comprender que las galaxias se puedan formar (y se formaron en el pasado) muy repartidamente por los espacios abiertos, no solo porque así es también como se distribuyen ambas clases de puntos, sino porque la diferencia de temperatura entre puntos fríos y calientes es, como máximo, de una millonésima de grado. Si contemplamos como burbujea la sopa hirviente en un puchero puesto al fuego, no reparamos en que puede haber uno, dos o más grados de diferencia de temperatura entre todas las partes de la masa grumosa por considerarlo irrelevante. Pues hagamos un esfuerzo por imaginar como será de homogéneo térmicamente el universo, (y las consecuencias que eso tiene) sin pasar por alto que la cartografía de su radiación de fondo, registra como máximo una diferencia de una millonésima de grado en su mapa de temperaturas. 

                   Centrándonos en la forma más corriente de presentarse las galaxias en su configuración estructural, observamos que es la de una elipse más o menos alargada. Generalmente y dentro de esa clase, las más abundantes son las galaxias en forma de balón de rugby. Algunas son más alargadas, acercándose más a la forma de pelota esférica. Y, en fin, otras parecen gruesos cigarros habanos. Independientemente de la forma, cada galaxia elíptica engloba los consabidos cien mil millones de estrellas, dispersos en extensiones de centenares de miles de años luz.

                   Otros autores dicen que el predominio en la distribución cósmica corresponde a las galaxias espirales, siendo éstas un ochenta por cien del total, el diecisiete por cien elípticas y el restante tres por cien irregulares. Pero parece ser que el supuesto predominio de las galaxias espirales se debe a que sus formas, muy visiblemente arremolinadas, se detectan más fácilmente que otros tipos de emisiones de luz en las observaciones nocturnas del cielo. Las numerosas morfologías de las galaxias persisten durante gran parte de la vida de las mismas y eso se debe, según el astrónomo Bertil Lindbad, a las características intrínsecas y fundamentalmente a su composición, sin olvidar tampoco las interacciones que existen entre el gas interestelar y las estrellas que se generan en su seno.

                   Nuestra galaxia, como una más de las que pueblan el universo, tiene una forma discoidal plana, siendo muy gruesa en el centro y con un adelgazamiento progresivo hacia sus bordes. Su diámetro aproximado es de unos cien mil años luz y su espesor máximo en el mismo centro de la galaxia es de mil años luz. Los cien mil millones de estrellas que la componen no están uniformemente distribuidos por ella. Su densidad disminuye del centro a los bordes. Seguramente en sus comienzos genéticos la forma era esferoidal, como corresponde a la sencillez del proceso gradualmente contractivo de una nube de gas ionizado. Lenta pero inexorablemente se contrajo lo suficiente como para alcanzar una densidad que la hizo inestable. A consecuencia de ello se desprendieron nubes más pequeñas, que a su vez siguieron condensándose. En un momento determinado de ese proceso comenzaron a formarse las primeras estrellas, compuestas de hidrógeno y helio. El único combustible que se quemaba era, pues, el hidrógeno, y lo hacía hasta quedar agotado en sus reservas. 

                   Un fenómeno de singular importancia lo constituyó el que las estrellas de mayor masa no pudieran resistir las tensiones habidas en su interior y explotaron en forma de supernovas, con lo que el gas interestelar se enriqueció en su composición con los elementos pesados que dejaron como herencia. Así se explica que la esfera centrada en el disco de la galaxia, lo que denominamos su halo, contenga las estrellas más viejas, pues nacieron antes de que la Vía Láctea adquiriera su forma discoidal. Las estrellas del halo de la galaxia, que por lo general suelen ser escasas individualmente, se aprietan en grupos frecuentemente cerrados. Entonces, decenas de miles de estrellas se arraciman, formando cúmulos globulares.

                   Pero las cosas no se quedaron estáticas en el tiempo. El sistema siguió evolucionando. Los núcleos escapados de estrellas más antiguas propiciaron la condensación de granos de polvo, a la par que el gas interestelar se nutrió de componentes pesados. Las masas, en un principio informes, de gas y polvo, adquirieron un movimiento de giro cada vez más claramente aplanado. En la parte más estrecha del disco se formaron las nuevas estrellas a partir de la materia anteriormente enriquecida en elementos pesados. Poco a poco las reservas de gas interestelar se fueron agotando y las estrellas ya no pudieron formarse. Resumiendo, podemos decir que las estrellas más antiguas, o también llamadas de población II, pobres en elementos pesados, se sitúan en el halo de simetría esférica y son las más abundantes. Las más jóvenes o de población I, en cambio, se generaron y se generan actualmente en la parte más delgada, donde aún quedan reservas suficientes de gas para alimentar el proceso. Estas estrellas, aunque minoritarias cuantitativamente son de mucho mayor interés, no sólo por presentar un cuadro evolutivo completo (las hay viejas, de mediana edad y nuevas) sino porque son estrellas con sistemas planetarios completos, algunos de los cuales pueden albergar planetas con condiciones favorables a la sustentación de fenómenos vitales. Son relativamente más ricas en metales que las de población II, aunque eso no significa más, que en el mejor de los casos, los átomos pesados no exceden el dos por cien de la masa total de la estrella. De todo esto se deduce una conclusión muy interesante. La trama entera del universo que está formada por átomos y moléculas, identificados con la estructura de todos los cuerpos que aquél contiene, (el Sol, los planetas, los satélites, los mares, los animales, las personas, etc.) tuvo su origen alguna vez, hace miles de millones de años, en alguna estrella que lució en todo su esplendor.

                   La posición más o menos excéntrica del Sol en el disco galáctico puede ser deducida estudiando la distribución aparente de los objetos del halo en el cielo. Se supone que en los alrededores del centro de la galaxia los cerrados grupos de forma esférica llamados cúmulos globulares, guardan también estadísticamente simetría esférica en torno al centro de las galaxias. Parece que nuestro Sol ocupa una posición bastante excéntrica en el plano lenticular de la galaxia, pues si su posición fuera central, la distribución estadística aparente alrededor de la dirección perpendicular a la galaxia sería de revolución, y eso es precisamente lo que no ocurre. La posición del Sol y sus sistema solar asociado, está, en términos aproximados, distante del centro galáctico unos trescientos mil años luz.

                   La región central de nuestra galaxia, alrededor de cuyo eje perpendicular al disco orbitan en torno a cien mil millones de estrellas que componen el conjunto galáctico, es en primer lugar, una extraordinaria acumulación de materia. En sólo la milésima parte del volumen total de la galaxia se concentran diez mil millones de estrellas. En una concentración de masa y energía como ésta no pueden dejar de producirse fenómenos poco corrientes. Por el mecanismo de giro, en teoría, queda salvaguardada la identidad de las estrellas y su propia individualidad, no precipitándose hacia el centro de las galaxias impelidas por la acción gravitatoria interestelar. Un equilibrio no estable, es el resultado de las tensiones habidas entre las fuerzas centrífugas y las gravitatorias. La galaxia no gira con velocidad angular constante como lo haría un cuerpo sólido normal. La parte central emplea mucho menos tiempo en dar una vuelta completa alrededor del eje perpendicular al centro, que la parte exterior. Este fenómeno conocido con el nombre de rotación diferencial, es el que da cuenta de por qué el Sol, por ejemplo, tarda unos doscientos cuarenta millones de años en dar una vuelta completa, mientras que una estrella que esté situada a mitad de distancia que el mismo Sol, del centro del disco, lo realiza en casi la mitad de tiempo, ya que la velocidad lineal y el diámetro y, consiguientemente, la longitud de la vuelta es dos veces más pequeña. Esto explica por qué nuestra galaxia tiene solo tres brazos espirales, en vez de muchos más. Debido a la coexistencia de polvo y estrellas en los brazos, aunque éstas últimas revolucionen en órbitas fijas diferentes alrededor del núcleo de la galaxia, el gas y el polvo acompañantes se acumulan en espirales formadas por ondas de densidad, generadas por el propio movimiento de rotación en el que están inmersos. Además, los físicos Fermi y Chandrasekhar demostraron que los débiles campos magnéticos propios de las galaxias, favorecen la estabilidad en el tiempo de los brazos espirales, que adquieren rigidez frente a las posibles fragmentaciones laterales propiciadas por su movimiento giratorio.

                   En el centro galáctico, la distribución de gas y polvo es tan densa que es imposible ver a su través. Lejos de ser una simple acumulación de estrellas y gas, el núcleo de nuestra galaxia ha revelado que posee unas características sorprendentes y aun contradictorias con los modelos teóricos elaborados anteriormente. Alrededor de una intensa fuente de emisión de radio se producen movimientos aparentemente desordenados de materia. Las nubes de gas, unas veces se arremolinan y hunden en el centro, mientras que otras parece como si huyeran de él.

                   Mediante emisiones de radiación infrarroja y radio ha podido estudiarse la distribución de las estrellas y el gas interestelares. En la región central de nuestra galaxia están agrupadas miles de millones de estrellas, pero, en vez de aparecer como la parte más brillante del cielo, a simple vista sólo se distingue una simple franja blanquecina. Incluso mediante telescopios ópticos, más bien aparece como una zona más oscura que las otras.

                   Pero, como decimos, los potentes radiotelescopios permiten explorar las nubes de polvo que absorben las radiaciones ultravioleta y visible de las estrellas y las reemiten a mayor longitud de onda en el infrarrojo. La distribución de las estrellas y del gas permite estimar el tamaño característico del núcleo galáctico. Se trata de una región de unos mil quinientos años luz, es decir, que sólo supone una sesentava parte del diámetro de la galaxia. No se sabe muy bien si allí se apiña un cúmulo especial de estrellas o algún otro objeto más insólito. Las observaciones han permitido descubrir una región central compleja que se extiende en prolongaciones ionizadas en diferentes direcciones. Se supone que una fuente ionizante tan intensa podría estar generada por un cúmulo compacto de estrellas de gran masa. Eso daría idea apropiada de una enorme luminosidad del centro galáctico que debería ser alrededor de los diez mil millones de luminosidades solares.

                   No obstante, se podría postular la existencia de un objeto mucho más exótico en el centro mismo de la galaxia; un astro hundido sobre sí mismo, cuya gravitación retiene la luz. Tal vez formadas todas las estrellas de la galaxia hace unos 10¹⁰ (10 elevado a diez) años, ya hayan desaparecido siendo sustituidas por una fuente de radio sumamente compacta. La dinámica del gas y las estrellas alrededor del centro galáctico permite sugerir una enorme concentración de materia en un pequeño volumen. Algo que viene a apoyar esta hipótesis, es que no se ha detectado ninguna expansión zonal, lo que excluye la hipótesis de la generación de una supernova joven. Quizás un inmenso agujero negro de un millón de masas solares ocupe el lugar de esa fuente de radio compacta. Parece delatarlo un disco de acreción, masivo e inclinado, de apariencia elíptica, constituido por nubes moleculares en rotación rápida (aproximadamente, cien kilómetros por segundo) alrededor del centro.

                   Hay tantos testimonios de actividad violenta en el interior de la Vía Láctea, que se ha llegado a suponer que en el pasado, alguna vez, fue un cuásar. Que la región central contenga nubes ricas en todas las clases de moléculas que proliferan en el espacio interestelar, y que haya una radiofuente en esa misma región central, podría muy bien significar la existencia de un lento pero continuo flujo de materia en acreción hacia un agujero negro central. Sin embargo, hay que precisar que en el centro de la galaxia figura una fuente infrarroja, denominada IRS16, de muy alta resolución pero no excesivamente compacta y sí, en cambio, múltiple. Todo ello hace muy difícil conciliarlo con el supuesto disco de acreción alrededor de un agujero negro muy desarrollado. En ese caso, podría tratarse de un agujero negro de pequeñas dimensiones, es decir de sólo unas cien masas solares. Ese volumen explicaría no sólo la luminosidad sino también las propiedades radioemisoras de la región. De todas formas sea cierta la hipótesis del cúmulo denso de estrellas o sea cierta la del agujero negro másico, la distribución de velocidades del gas alrededor del centro galáctico, indicaría una concentración casi puntual de materia de varios millones de masas solares que, debido a su atracción gravitatoria, condicionaría decisivamente esos movimientos de gas. Tampoco son despreciables las posibilidades de influencias de otras fuerzas no gravitatorias. Tales pueden ser: las fuerzas magnéticas y la presión de radiación. Ambas serían capaces de influir considerablemente en los movimientos de las masas de gas en las zonas centrales de la galaxia.

                   En definitiva, aunque se postula ampliamente la existencia de agujeros negros para explicar los fenómenos explosivos y la muy alta luminosidad del núcleo de algunas galaxias activas y cuásares, es un poco más difícil de asegurar para el caso de nuestra propia galaxia, puesto que la interpretación en un sentido o en otro depende de la variación de la densidad de estrellas a partir del centro, cosa que es bastante complicada de medir.

                   Sería preciso, pues, medir directamente las velocidades de las estrellas y no las del gas interestelar, ya que están sometidas a distintas influencias.

                   En cuanto a la propia formación galáctica, podemos decir que es un problema bastante serio, puesto que no hay pruebas concluyentes de que se estén formando galaxias en la actualidad. Si ocurriese, se observarían cuerpos situados morfológicamente entre galaxias bien definidas y el simple espacio vacío, pero no conocemos de la existencia de cuerpos amorfos o totalmente indefinidos. De las observaciones del espacio se deduce que es casi seguro que en la actualidad se estén formando estrellas, pero para las galaxias que son fenómenos incomparablemente más complejos en todos los sentidos, sólo se admiten ciertas posibilidades de formación. De ahí que no dispongamos de modelos contrastados de creación de otras galaxias ni, en consecuencia, de la nuestra propia. Aunque hay muchas opiniones heterodoxas, la mayoría de argumentos contemporáneos y los datos aportados por las modernas observaciones apuntan hacia la idea de que la formación de las galaxias ocurrió en primer lugar, y que fue seguida de la formación de estrellas y planetas dentro de las galaxias.

                   En lo que se refiere a la Vía Láctea, estudios recientes parecen indicar que es casi tan antigua como el universo. En efecto, astrónomos del Observatorio Europeo Austral (ESO) situado en Paranal (Chile) han podido deducir que la edad de las estrellas más antiguas que empezaron a lucir en nuestra galaxia es la mayor posible.

                   Esto indica que la Vía Láctea fue una de las primeras galaxias que se formaron tras la Gran Explosión que dio origen al universo hace unos trece mil setecientos millones de años. Los científicos se han servido del elemento químico berilio utilizándolo como fiable reloj cosmológico. Gracias a la precisión de avanzados espectrómetros, los astrofísicos han podido detectar berilio en dos estrellas del cúmulo NGC 6397, a siete mil doscientos años luz de distancia. Con un margen de error de ochocientos millones de años la edad estimada del cúmulo se cifra en unos trece mil cuatrocientos millones de años.

                   Lo interesante del berilio en su forma más común y estable, que es el berilio 9, es que el núcleo contiene cuatro protones y cinco neutrones. Sólo el hidrógeno, el helio y el litio son más ligeros, pero éstos se produjeron durante la Gran Explosión, mientras que el berilio sólo se puede producir en el medio interestelar. Al contrario que elementos más pesados, que se han ido produciendo desde el inicio en el interior de las estrellas, el escaso berilio es un indicador cosmológico que permite fijar la edad de las estrellas observadas. Dado que este elemento se destruye a altas temperaturas cuando las estrellas que lo contienen evolucionan hacia una mayor luminosidad, sólo se puede detectar en estrellas de poca masa y escaso brillo. Como los astrónomos de ESO lo detectaron en las estrellas del cúmulo mencionado, dedujeron que éstas nacieron entre unos doscientos o trescientos millones de años después que las primeras estrellas de la galaxia, que debieron estallar muy pronto como supernovas, esparciendo los elementos químicos que nutrieron generaciones posteriores de estrellas.

                   Se puede, pues, establecer una estrecha asociación entre las dataciones de las primeras estrellas que se formaron, a partir de nubes de polvo y gas, en nuestra galaxia, y la edad mínima de ésta. Como dice Danielle Galli, uno de los astrónomos participantes en las observaciones, "ahora sabemos que la edad de la Vía Láctea es entre doscientos y trescientos millones de años superior a la del cúmulo; nuestra galaxia debe tener entonces trece mil seiscientos millones de años, más-menos ochocientos millones de años". Si se tiene en cuenta este pequeño margen de error, la edad de nuestra galaxia se aproxima mucho (es casi coincidente) a la estimada actualmente del universo, que es de trece mil setecientos millones de años, e indica la precisión de las observaciones.