| Vivimos en un pequeño planeta, de un total de nueve, que gira en torno del Sol, una estrella corriente que junto con 200 mil millones de ellas forman la Vía Láctea. Era un golpe a la arrogancia del hombre aceptar esa verdad. Sin embargo, la Vía Láctea parecía ser todo el universo. ¿O acaso es sólo una isla entre millones que pueblan el universo, como propuso Kant hace dos siglos? Para contestar a esa interrogante remontémonos a lo que ya describimos en la sección 03.10.01, sobre cómo se vería la Vía Láctea si pudiésemos observarla desde lejos. Subrayando y ampliando un poco lo que ya describimos en esa parte de este libro, podemos mencionar, casi sin dudas a equivocarnos, que a una gran distancia no se verían estrellas individuales; a una distancia de 10 millones de años-luz se vería su conjunto como una mancha difusa de luz, de un tamaño angular semejante a la Luna, pero muy pálida; a distancias mayores la veríamos aún más pequeña. ¿Existen en el cielo objetos que tengan estas características?
William Herschel identificó casi 3.000 objetos nebulosos, la mayoría de los cuales al ser examinados al telescopio no corresponden a cúmulos estelares distantes ni tampoco el análisis espectral nos indica que se trate de nebulosas gaseosas. En verdad sólo podían observarse a comienzos de nuestro siglo los objetos más brillantes, por ser muy poco eficientes los detectores utilizados y los telescopios aún eran de pequeño tamaño. Uno de los más notables es la gran nebulosa de la constelación de Andrómeda. Muchas evidencias parecían indicar que la nebulosa de Andrómeda era un «universo-isla», una galaxia, un sistema estelar completamente externo a la Vía Láctea. Entre los más prominentes defensores de esta hipótesis, alrededor de 1920, destaca el astrónomo norteamericano del Observatorio de Lick, en California, Herber Curtis.
Pero, tal como ya lo mencionamos en la separata anterior, la discusión fue resuelta más allá de cualquier duda por el gran astrónomo norteamericano Edwin P. Hubble, quien presentó sus resultados el 1 de enero de 1925. Desde hacía un par de años había detectado estrellas variables en la nebulosa de Andrómeda y en algunas otras. Hubble era un astrónomo del nuevo observatorio de Mount Wilson, cerca de Los Ángeles en Estados Unidos. Allí tenían en ese momento a su disposición el telescopio más grande del mundo, el reflector Hooker de 2,5 metros de diámetro. Había iniciado su operación en 1918 y era utilizado por Hubble para fotografiar estrellas muy débiles en la nebulosa de Andrómeda.
La gran mayoría de las estrellas permanecen constantes por muchos millones de años. Un pequeño porcentaje de ellas varía, algunas en forma periódica. Dentro de las estrellas variables periódicas se distinguen un grupo que varía de una forma muy especial y se las llama cefeidas por su estrella prototipo, d Cefeid, la más conocida y mejor estudiada del grupo. En 1908 Henrietta S. Leavitt (1868-1921), del Observatorio de Harvard se dio cuenta que las cefeidas de períodos más largos, 40 a 100 días, son mucho más brillantes que las de período corto, entre 1 y 10 días. Posteriormente se estableció una relación entre el período de variación y la luminosidad media de la estrella. Calibrando adecuadamente esa relación se puede estimar la distancia a una estrella variable del tipo cefeida con sólo medirle su brillo aparente y su período de variación.
Este método lo había utilizado Shapley para medir la distancia a los cúmulos globulares y luego Hubble lo empleó para determinar la distancia a varias nebulosas. Gracias a eso se llegó a saber que la nebulosa de Andrómeda está a 2 millones de años-luz y es un sistema estelar igual o tal vez algo mayor que la Vía Láctea, y no un sistema solar en formación, como alguna vez también fue planteado.
A partir de ese momento (1925) fue cada vez más fácil determinar distancias a otras galaxias, estableciéndose definitivamente el concepto de que el universo está lleno con millones de galaxias, una de las cuales es la Vía Láctea. Ese fue el último golpe a la vanidad humana: nuestra galaxia, la Vía Láctea, la ciudad estelar en que vivimos, es una entre millones y no es ni la más grande ni la más chica, ni tiene nada especial que permitiera distinguirla de los otros miles de millones de galaxias del universo.
Edwin Hubble vivía en el reino de las galaxias. Como muchos otros grandes de la astronomía observacional, empezó dedicándose a otra disciplina que no tiene nada que ver con la astronomía: era estudiante de derecho romano e inglés en la Universidad de Oxford. Después de un año de práctica decidió pasar de las leyes a la astronomía y, vaya, que lo hizo bien.
A través de su obra y de la de sus colaboradores, las galaxias, que habían sido «hipótesis no verificadas», pasaron a adquirir «la dignidad de temas de investigación».
A finales de la década de 1920, era evidente que el universo estaba organizado en galaxias de una gran variedad de tamaños y formas, compuestas todas ellas de miles de millones de estrellas. Entre las galaxias había, por lo que se había podido determinar hasta el momento, espacio negro vacío. Las galaxias eran islas de luz en un mar de tinieblas vasto e interminable. Aún no sabemos por qué hubo de organizarse el universo de este modo, en vez de como una población uniforme de estrellas. Si se llegase a saber esto, se aclararía el problema del origen del cosmos, pues los astrónomos están seguros ya de que las galaxias son casi tan viejas como el propio universo.
Los trabajos de Hubble con las galaxias le llevaron a realizar otra importante contribución al estudio de la expansión del universo, algo sobre lo que muchos habían especulado antes que él. El descubrimiento de la expansión del universo, como muchos otros descubrimientos importantes, no se produjo bruscamente. Preparó el camino durante el período 1912-23 Vesto Slipher, astrónomo estadounidense que realizó meticulosas mediciones del cambio de color de la luz que emitían las galaxias próximas. Descubrió que la mayoría de las galaxias tenían luz que se desplazaba hacia el rojo. Sabemos que la luz que emite un objeto que se aleja de nosotros se desplaza hacia frecuencias más bajas, que corresponden al rojo, lo mismo que el silbato de un tren tiene un sonido más grave a medida que el tren se aleja, fenómeno denominado efecto Doppler. Así pues, la interpretación más simple del «desplazamiento hacia el rojo» de Slipher es que la mayoría de las galaxias se alejan de nosotros, extraña conclusión si tenemos en cuenta que se creía que éstas se movían al azar en el espacio del universo.
Sin embargo, las observaciones de Slipher se ajustaban a la perfección a un modelo cosmológico de 1917, basado en la nueva teoría de la relatividad general de Einstein y elaborado por el astrónomo holandés Willem de Sitter, según el cual, el espacio del universo podía expandirse, arrastrando consigo a las galaxias, de modo que éstas se alejaban unas de otras. Durante un tiempo, se denominó a las observaciones de Slipher «efecto de Sitter». Carl Wirtz, astrónomo alemán, utilizó este efecto de Sitter en 1923. Combinándolo con cálculos aproximados de las distancias a las galaxias, basados en su tamaño aparente, propuso la ley de velocidad-distancia según la cual la velocidad de una galaxia (que puede determinarse partiendo de la cuantía del cambio al rojo) es proporcional a su distancia de nosotros, anticipando así la Ley de Hubble.
Hubble centró sus grandes dotes de observador y medidor del universo en el problema de los cambios galácticos al rojo. Gracias a sus cuidadosos cálculos de distancias, utilizando las cefeidas y la continuación de los trabajos de Slipher sobre el corrimiento al rojo por M. L. Humason, logró demostrar claramente que cuanto más lejana estaba una galaxia, mayor era, proporcionalmente, su velocidad de alejamiento, una relación denominada Ley de Hubble. Desde la época de Hubble, los astrónomos han ampliado sus observaciones de objetos lejanos hasta llegar a alcanzar distancias diez veces más alejadas en el espacio, pero la Ley de Hubble sigue siendo válida, dentro de los límites de los errores de medición.
La Ley de Hubble parte del supuesto de que el universo se está expandiendo de modo uniforme. ¿Qué significa esto? Dado que se ha observado que todas las galaxias lejanas están alejándose de nosotros, podría pensarse que nuestra galaxia se halla, en cierto modo, en el centro de la expansión, y que ocupamos el centro de la explosión cósmica. Esto es erróneo. La propiedad de una expansión uniforme como la que presupone la Ley de Hubble es que, sea cual sea la galaxia en que uno se halle, todas las demás se alejan de ella. No tenemos un emplazamiento privilegiado.
Otro error común respecto a la expansión del universo es que las galaxias se mueven en el espacio del universo lo mismo que el pez que nada se mueve en un río. La interpretación que la teoría general de la relatividad de Einstein hace de la expansión del universo es que las galaxias se están moviendo con el espacio, lo mismo que se mueve un trocito de madera con el movimiento de un río. Hemos de imaginar que es el espacio del propio universo el que se expande, como un pedazo de goma que se estira. Las galaxias simplemente se dejan llevar.
Según Einstein, el espacio no es una cosa fija, una entidad inmutable, un concepto de nuestro pensamiento. La geometría y las propiedades del espacio físico han de hallarse instrumentalmente determinadas por lo que podemos medir. Pero, ¿cómo podemos medir la geometría del espacio de todo el universo? Hemos de utilizar las propias galaxias como «hitos» para definir ese espacio. Si lo hiciéramos, nos encontraríamos con que el espacio mismo ha de estar expandiéndose porque las galaxias se separan entre sí. La Ley de Hubble tenía, pues, una gran trascendencia cosmológica: era la primera ley empírica sobre la estructura de todo el universo. Todos los modelos matemáticos posteriores del universo habrán de tenerla en cuenta.
Hubble dedicó muchos años a clasificar galaxias, definiendo con precisión los diferentes tipos y formas. Distinguió a las galaxias en tres variedades principales, tres tipos o modelos: las galaxias de apariencia elíptica, las de aspecto espiral y las de apariencia irregular. Esta clasificación la realizó el propio Hubble en 1926 a partir de fotografías tomadas con el gran telescopio de Mount Wilson. Las galaxias elípticas, como lo indica su nombre, son aquellas de apariencia elíptica o circular en el cielo. Una galaxia es un sistema tridimensional de estrellas, pero al tomar una fotografía la vemos proyectada en sólo dos dimensiones (no apreciamos la dimensión en el sentido de la profundidad). Por lo tanto el achatamiento que le vemos a una galaxia puede no ser el real (basta pensar que si miramos desde el ángulo adecuado a una lenteja podemos verla redonda y no achatada). Por eso una galaxia elíptica de aspecto casi redondo no tiene por qué ser una galaxia esférica, podría ser achatada, pero la estamos viendo de frente.
Diagrama de diapasón de Hubble para la clasificación de las galaxias. En la base están las galaxias elípticas, clasificadas conforme a su excentricidad. En la juntura de la horquilla está la SO, o galaxia lenticular. Los dos brazos de la horquilla son las espirales y las espirales barradas. Los astrónomos creyeron durante un tiempo que está clasificación correspondía a un proceso evolutivo, pero hoy se cree que los diferentes tipos de galaxias son consecuencia de comportamientos distintos y condiciones distintas de formación.
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Las galaxias elípticas contienen sólo estrellas que en sus propiedades se parecen mucho a la de los cúmulos globulares, por lo cual se cree que todas las estrellas de una galaxia elíptica son viejas, tanto o más viejas que Matusalén, casi tan viejas como la galaxia misma, esto es, unos quince mil millones de años. Dentro de las galaxias elípticas hay una gran variedad de tamaños: desde las enanas que contienen apenas más estrellas que un cúmulo globular (un millón de estrellas) hasta las galaxias más masivas que se conocen, que contienen, más de un billón de estrellas (un millón de millones).
NGC 4486, tambien conocida como Messier 87, es una galaxia elíptica, tipo E1, en el cúmulo de galaxias de Virgo. Foto del telescopio de cuatro metros del Observatorio de Kitt Peak, EE.UU.
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Las galaxias elípticas no contienen nubes de gas y polvo ni tampoco estrellas azules jóvenes. Su distribución radial de luz (y por lo tanto de estrellas), que presenta una concentración central diluyéndose hacia afuera, es compatible con lo que se espera teóricamente de un gran grupo de estrellas sometidas por su propia gravedad. La ley de gravitación propuesta hace 300 años por Newton permite modelar (a escala) en un computador el comportamiento de un grupo de sobre cien mil millones de estrellas, como contiene típicamente una galaxia.
M31 es la famosa galaxia de Andrómeda componente del Grupo Local. Visible a simple vista bajo condiciones relativamente despejadas, este objeto estelar fue bautizado como «pequeña nube» por el astrónomo persa de la antigüedad Al-Sufi, quien lo catalogó como el reconocimiento 905 en su libro «904 Estrellas Fijas». Posteriormente, también fue observado por Charles Messier, pero por su desorden no lo dejó debidamente registrado. La galaxia, fue finalmente redescubierta con telescopio en el año 1654, por el astrónomo italiano Giovanni Batista Hodierna.
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Pero, sin duda, las galaxias más hermosas son aquellas que presentan una estructura espiral. Se pueden distinguir entre ellas dos grandes familias: aquellas en que los brazos espirales salen del núcleo o muy cerca de él, llamada espirales ordinarias y aquellas en que los brazos surgen del extremo de una barra que se extiende simétricamente hacia ambos lados del núcleo, que se las denomina espirales barradas.
Las galaxias espirales contienen entre mil millones y algunos cientos de miles de millones de estrellas. Un gran número de esas estrellas son viejas pero también hay en las galaxias espirales estrellas azules jóvenes, en particular en los brazos espirales. En ellos se encuentran también nubes de gas y polvo. Siempre se observa esa asociación entre estrellas jóvenes y nubes gaseosas; donde más nubes de gas y polvo ahí generalmente es donde encontramos el mayor número de estrellas jóvenes recién formadas. Aclaremos que por estrella joven se entiende una de menos de unos cien millones de años y por estrella vieja una de más de diez mil millones. El Sol con sus 4.600 millones no es ni vieja ni joven.
NGC 1365, bella galaxia espiral barrado en el cúmulo de Fornax. Numerosas regiones de emisión y zonas de polvo pueden verse en la imagen de esta galaxia. Fotografía obtenida con el telescopio de 3,6 metros del Observatorio Europeo Austral, Cerro La Silla, ubicado en la IV región de Chile. |
El tercer tipo de galaxias son las irregulares cuyos prototipos son las llamadas Nubes de Magallanes, manchas blanquecinas alejadas de la Vía Láctea que se ven cerca del polo sur celeste, y que fueron descritas por primera vez por Hernando de Magallanes en la bitácora de su barco, cuando se acercaba al cono sur de América, en su viaje circunnavegando el globo terráqueo.
Nube Grande de Magallanes, galaxia irregular satélite de la Vía Láctea. Se aprecian varias regiones de formación estelar reciente. Fotografía captada con la cámara Schmidt de un metro del Observatorio La Silla en Chile. |
Las galaxias irregulares son más pequeñas que las espirales; contienen estrellas viejas y estrellas jóvenes con una gran cantidad de gas y polvo (hasta el 30% de la masa de estas galaxias puede estar en forma de gas; en las espirales esta cifra fluctúa entre el 3 y el 10%). Las galaxias irregulares no poseen núcleo. La diferencia principal entre una galaxia irregular y una espiral es que en las primeras la formación de estrellas ocurre en forma caótica sin ningún orden, en cambio en la espirales la formación estelar ocurre a lo largo de los brazos que tienen una estructura geométrico muy bien definida. Podríamos decir que las galaxias irregulares son proyectos frustrados de galaxias espirales; se cree que en ellas no hay una formación estelar ordenada, pues son muy pequeñas. Mientras mayor masa tiene una espiral más ordenados y bien delineados son sus brazos espirales.
Pero, ¿qué sentido tiene el sistema de clasificación de las galaxias? Muchos de los astrónomos que primero reflexionaron sobre este problema, incluido el propio Hubble, pensaron que los diferentes tipos de galaxias representaban diferentes etapas de evolución galáctica. Creían que las galaxias habían evolucionado de la forma elíptica a la espiral, de izquierda a derecha, en la figura del diapasón. Posteriormente, algunos astrónomos invirtieron la dirección y consideraron que la evolución iba de las espirales a las elípticas, de derecha a izquierda del diapasón.
La mayoría de los astrónomos creen hoy que el sistema de clasificación tiene poco que ver con la evolución galáctica y que todas las galaxias nacieron aproximadamente a la vez. Los astrónomos saben ya que todas las galaxia contienen estrellas que tienen unos diez mil millones de años de edad, buena prueba de que todas las diversas galaxias son por lo menos de esta edad y, en consecuencia, casi tan antiguas como el propio universo. Según el punto de vista moderno, los diversos tipos de galaxia guardan cierta analogía con las diferentes razas humanas, que tampoco son series evolutivas sino reflejo de reacciones distintas a entornos físicos distintos. Los diferentes tipos de galaxias de la clasificación de Hubble puede que reflejen diferencias en los índices de rotación y de masa de las galaxia individuales, condiciones físicas que se establecieron cuando su creación. Pero ni siquiera hoy sabemos por qué hay galaxias de formas distintas, por qué tienen el tamaño que tienen ni por qué forman cúmulos y supercúmulos. Tales incógnitas, y las de su origen y su evolución, son la frontera de la actual investigación y a ellas volveremos cuando hablemos de radiogalaxias y quásares.
¿A qué distancia están las galaxias de nosotros? Antes de dar respuesta a esa interrogante, considero pertinente conocer algunos detalles sobre el problema de medición de distancias estelares. Y, para que esto no se nos haga tan largo para bajarlo a través de nuestros computadores, lo vamos a tratar en la siguiente sección. |
