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CÚmulos de galaxias



CÚMULOS DE GALAXIAS


Existe, en la naturaleza, la tendencia a que los objetos de cierta clase se agrupen entre sí para formar unidades de una nueva clase de orden superior. En el mundo inanimado, las partículas elementales se agrupan para formar átomos, éstos se agrupan para formar moléculas y así sucesivamente hasta formar estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias. En ambos extremos de esta cadena se encuentran los límites del conocimiento (se piensa que las partículas subatómicas están formadas por cantidades llamadas cuarks y, por otro lado, que los cúmulos de galaxias estén agrupados en asociaciones aún mayores llamados supercúmulos). En el justo medio de esta jerarquía, desde las partículas elementales hasta los cúmulos de galaxias, nos encontramos los seres humanos.

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Figura 8. Galaxia Seyfert. La diferencia entre las tres imágenes es el tiempo de exposición. Para el más corto de los tiempos de exposición, sólo se ve el núcleo brillante como una estrella azul; no se distinguen otras componentes de la galaxia como brazos espirales.



Nuestra ubicación en el Universo no es en modo alguno privilegiada: vivimos sobre un pequeño planeta que gira alrededor de una estrella insignificante, el Sol, una entre miles de millones de estrellas de la Vía Láctea, una entre miles de millones de galaxias.

Cada uno de los átomos que forman nuestro cuerpo fueron hechos en el interior de alguna estrella. Al explotar la estrella que originó la formación de nuestro Sistema Solar, arrojó al medio interestelar el oxígeno, carbono y demás elementosnecesarios para la vida. La naturaleza ordenó esos átomos de manera maravillosa en moléculas y células, creando finalmente un prodigio: el hombre, un ser capaz de plantearse la pregunta de cuál es su lugar en el Universo.

Pero volvamos a la Vía Láctea. Las 20 galaxias más cercanas a ella forman un grupo ligado gravitacionalmente, llamado el Grupo Local. En el Grupo Local hay dos grandes galaxias espirales: la Vía Láctea y Andrómeda. Hay otras dos galaxias espirales: M33 y Maffei 1, la segunda fue descubierta apenas recientemente (1968) por Paolo Maffei ya que se encuentra en la dirección del plano galáctico oculta por grandes concentraciones de polvo. Los miembros más pequeños del Grupo Local son los más numerosos: 4 galaxias irregulares y 12 elípticas enanas. El grupo abarca una extensión en el espacio de aproximadamente 3 millones de años luz de diámetro, con una masa total de 5 x10 11 M O. (quinientas mil millones de veces la masa del Sol), casi toda concentrada en Andrómeda y la Vía Láctea.

Por lo menos la mitad de las galaxias, y probablemente todas, se encuentran en agrupaciones —o cúmulos— de algún tipo. Algunos de estos cúmulos son grupos pequeños y sueltos como el Grupo Local, en tanto que otros son mucho mayores más compactos. De los cúmulos grandes, el más cercano es el cúmulo de Virgo, que lleva el nombre de la constelación detrás de la cual se observa. Es importante no confundirlo con las estrellas que forman la constelación de Virgo, que se encuentran dentro de nuestra galaxia. El cúmulo de Virgocuenta con más de 1 000 galaxias y se encuentra a una distancia de aproximadamente 60 millones de años luz. A esa distancia no es posible observar estrellas variables, así que la distancia se determina por la luminosidad aparente de estrellas y nubes de gas gigantes.



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Figura 9. Cúmulo de galaxias en Coma.

El cúmulo de Virgo es un cúmulo enorme que ocupa unos 11° en el cielo. La galaxia más brillante del cúmulo, llamada Virgo A (M87), es una galaxia elíptica gigante. Es muy común encontrar este tipo de galaxias cerca de los centros de los grandes cúmulos. Probablemente se han vuelto gigantes por estar precisamente en el centro, donde ejercen la mayor atracción gravitacional sobre el gas intergaláctico del cual se pueden 'alimentar' (es decir, irlo incorporando a la galaxia). Incluso se piensa que puede haber 'canibalismo', es decir, que estas grandes galaxias centrales vayan incorporando a sí mismas otras galaxias cercanas más pequeñas. Junto con las galaxias Seyfert, estas galaxias elípticas gigantes, cuyas masas son aproximadamente cien veces la masa de nuestra galaxia —y muy en particular Virgo A— ocuparán nuestra atención más adelante.

El cúmulo de Virgo es un ejemplo de un cúmulo rico irregular. Su estructura es muy compleja, con varias subcondensaciones de galaxias.

Hasta una distancia de 70 millones de años luz, hay varios miles de galaxias. Muchas de ellas están agrupadas en el cúmulo de Virgo y otros cúmulos más pequeños como el Grupo Local. Más allá de estos 70 millones de años luz, elnúmero de galaxias disminuye drásticamente hasta llegar a una distancia mucho mayor. Muchos astrónomos piensan que este conjunto de cúmulos de galaxias forman un cúmulo de cúmulos o supercúmulo, el Supercúmulo Local, de galaxias, cuyo diámetro sería de unos 250 millones de años luz.

El cúmulo rico de forma regular más cercano es el de Coma (Figura 9), en la dirección de la constelación de Coma Berenice, a 450 millones de años luz (fuera del Supercúmulo Local). En este cúmulo pueden distinguirse unas mil galaxias, a pesar de su enorme distancia. Las más luminosas, como siempre, son dos elípticas gigantes cercanas al centro del cúmulo.

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Figura 10. Efecto Doppler. Vemos las ondas electromagnéticas emitidas por una fuente que se mueve hacia la izquierda. Los números indican las posiciones sucesivas de la fuente al emitir y las correspondientes posiciones de las crestas de las ondas que se mueven hacia afuera. La radiación recibida por el observador de la izquierda está corrida al azul porque el movimiento de la fuente hacia él comprime las ondas disminuyendo su longitud (aumentando su frecuencia). La radiación recibida por el observador a la derecha está corrida al rojo debido a que el movimiento de la fuente que se aleja de él espacia las ondas aumentando su longitud (o disminuyendo su frecuencia). El observador situado en medio sólo vería corrimiento si la velocidad de la fuente fuese relativista (cercana a la velocidad de la luz).

Existe un catálogo de cúmulos ricos de galaxias —recopilado porGeorge Abell— que contiene casi 3 000 cúmulos. Los más lejanos se encuentran a distancias de unos 4 000 millones de años luz. El volumen total del espacio que ocupan es de 5 x l014 (500 billones) de veces el que ocupa nuestra galaxia. Recordemos que hace apenas algo más de medio siglo se pensaba que nuestra galaxia era todo el Universo.

Conforme penetramos más y más lejos en las profundidades del espacio intergaláctico, la luz proveniente de las galaxias de los cúmulos distantes se observa cada vez más roja, indicando que éstos se mueven alejándose de nuestra galaxia. El enrojecimiento de la luz debido al alejamiento entre la fuente luminosa y el observador, se conoce como efecto Doppler, y se debe al cambio de longitud de onda observada (Figura 10). El hecho de que todos los cúmulos se alejen de nuestra galaxia, no significa que ésta sea el centro de dicho movimiento; lo que sucede es que los cúmulos se alejan todos unos de los otros como resultado de la expansión del Universo (Figura 11). La expansión cósmica es una propiedad del Universo que predijeron las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, y que fue confirmada observacionalmente por Hubble y Humason alrededor del año 1930. Hubble encontró que la velocidad con que se aleja un cúmulo (o una galaxia de éste) y su distancia están correlacionadas: mientras más lejos se encuentra el cúmulo, mayor es su velocidad de recesión, y por tanto, mayor será el corrimiento al rojo de la luz de sus galaxias. Esta correlación se conoce como la ley de Hubble. Para medir ladistancia a una galaxia en un cúmulo distante se puede medir su corrimiento al rojo y la ley de Hubble nos dará la distancia.



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Figura 11. Un pastel de pasas se infla en el horno. Al irse inflando la masa, la distancia entre las pasas va aumentando. Cada pasa se aleja de las demás con una velocidad que aumenta con su distancia a las demás. Evidentemente no podemos decir que ninguna pasa sea el centro de esa expansión. La expansión del Universo es análoga a la de este pastel, con cúmulos de galaxias en lugar de pasas.

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Figura 12. El encuentro cercano entre dos galaxias produce perturbaciones en la distribución del gas debidas a las fuerzas de marea. Se han usado negativos para aumentar la nitidez de los filamentos gaseosos.

Todas las galaxias pertenecientes a un cúmulo distante comparten la misma velocidad de recesión, que es la velocidad con que el cúmulo se aleja de nosotros debido a la expansión del Universo. Sin embargo, dentro del cúmulo, las galaxias se mueven unas con respecto de otras en todas direcciones, produciéndose, en ocasiones, interacciones entre ellas. Estas interacciones pueden ir desde encuentros más o menos cercanos hasta choques entre galaxias.

Los espacios entre las estrellas de una galaxia son tan grandes que, cuando dos galaxias chocan, prácticamente 'se atraviesan' una a la otra (como si fuesen fantasmas) sin que haya choques entre sus respectivas estrellas. Lo que se ve enormemente afectado por el choque es el gas —y el polvo— interestelar de ambas galaxias. Auncuando una galaxia pasa muy cerca de otra, las fuerzas de marea entre ellas pueden perturbar notablemente la distribución del gas (Figura 12).





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