¿Por qué las galaxias tienen diferentes formas?

Si te pidieran que dibujaras una galaxia, probablemente producirías una forma de espiral como la de arriba. Cuando se trata de captar nuestra atención, las galaxias espirales tienen grandes ventajas: por un lado, la mayoría de la gente las considera extremadamente hermosas. También son más brillantes y tienen más estrellas jóvenes calientes, por lo que, a menos que miremos muy de cerca, veremos más de ellas. Además, uno de ellos es nuestro hogar, creando un sesgo natural.

Sin embargo, no todas las galaxias son espirales, e incluso aquellas que lo son son de dos tipos principales. Entonces, ¿por qué algunas galaxias alcanzan esta gloriosa forma, mientras que otras no?

Todavía hay bastante incertidumbre sobre esta cuestión, pero un conjunto de explicaciones parece estar ganando.

Galaxias espirales

Las galaxias espirales tienen varias características comunes. Todas son bastante planas, con el cuerpo principal de estrellas mucho más ancho que grueso. Tienen un bulto central repleto de estrellas que se eleva muy por encima (y por debajo) del disco. Las galaxias espirales suelen tener un halo que, si se considerara que marca sus límites, las haría casi esféricas. Sin embargo, las estrellas son tan escasas en el halo que apenas lo notamos, incluso cuando miramos una espiral de lado.

A pesar de toda la atención que se les presta, las razones de la estructura en espiral no se comprenden del todo. En parte, representa una ilusión. Están sucediendo muchas cosas entre los brazos espirales, pero debido a que la formación estelar es más intensa dentro de los brazos, presentan muchas estrellas jóvenes calientes. Esto hace que los brazos se destaquen más que si solo viéramos la densidad del material.

Las galaxias espirales suelen tener núcleos más antiguos que sus brazos (aunque existen excepciones), lo que sugiere que el núcleo se formó primero y posteriormente atrajo el material que se convirtió en los brazos. Grandes espirales como la Vía Láctea se forman canibalizando galaxias más pequeñas que se acercan demasiado.

Algunas galaxias espirales se clasifican según cuán apretados están sus brazos, pero también se pueden dividir por el número de brazos, que varía.

Sorprendentemente, dada su importancia para el universo y para nosotros mismos, no entendemos completamente qué causa la formación de galaxias espirales. De hecho, esperaríamos que los brazos se enrollaran firmemente alrededor del núcleo en escalas de tiempo mucho más cortas que la vida útil de las espirales que mejor conocemos. La materia oscura explica algo de lo que vemos, pero no todo.

El aspecto de disco de las galaxias espirales es más fácil de explicar, ya que vemos algo similar en los discos protoplanetarios alrededor de estrellas jóvenes. Es producto de las interacciones gravitacionales entre partículas en rotación.

Los brazos en espiral son más duros. La explicación más popular se llama «teoría de las ondas de densidad». Esto sugiere que las estrellas y el polvo no son parte permanente de las armas. En cambio, las ondas de densidad se mueven a través de la galaxia, juntando el material cuando pasa una cresta y dispersándolo después. Así como una partícula de agua no siempre estará en la cresta de una ola, las estrellas entran y salen de los brazos a medida que la ola las atrae y las empuja hacia afuera.

Se desconoce la causa completa de estas ondas de densidad, pero el hecho de que las galaxias pierdan su forma circular debido a la gravedad de otras podría ser un desencadenante. También se sospecha de campos magnéticos.

Prohibir o no prohibir

Quizás la principal división entre las galaxias espirales sea entre aquellas (incluida la nuestra) que tienen una barra central distintiva y aquellas que no la tienen.

Las barras se vuelven más comunes cuanto más nos acercamos en el espacio y, por lo tanto, en el tiempo, lo que sugiere que se están volviendo más frecuentes. Al igual que las formas espirales, se cree que son producto de ondas de densidad, que en este caso irradian desde el centro galáctico en lugar de girar alrededor de él.

Galaxias elípticas

Las galaxias elípticas representan la otra forma distintiva común e incluyen las galaxias más grandes. La gente en algunas partes del mundo puede reconocer que la forma se asemeja a la de una pelota de rugby. Los estadounidenses tal vez prefieran pensar en un balón de fútbol modestamente desinflado cuyos extremos han sido un poco empujados hacia adentro.

Edwin Hubble, quien fue el primero en crear las categorías de galaxias que usamos hoy (con algunos ajustes), creía que las galaxias elípticas representaban una especie de huevo cósmico a partir del cual se formaban las galaxias espirales, pero esto ha sido rechazado desde entonces. En cambio, las galaxias elípticas generalmente están formadas por estrellas mucho más antiguas que las galaxias espirales, y en gran medida han dejado de formar estrellas. Hay pruebas de que los chorros producidos por los agujeros negros supermasivos en el corazón de las elípticas alteran el gas que en otras galaxias podría formar estrellas.

Incluso en las galaxias espirales, algunas estrellas se mueven en direcciones inconsistentes con las de sus vecinas. Sin embargo, la gran mayoría de las estrellas de galaxias espirales orbitan de manera ordenada. En las galaxias elípticas, se cree que las estrellas deambulan de forma mucho más aleatoria, lo que socava la forma cohesiva.

Se cree que las galaxias elípticas son producto de colisiones de galaxias. Esto explica su edad y la falta de una estructura clara. Sin embargo, sabemos que la Vía Láctea está formada por muchas galaxias, pero ha conservado su forma. Las elípticas son más comunes cerca del centro de los cúmulos de galaxias, los lugares donde los encuentros entre galaxias probablemente sean más frecuentes y violentos. A pesar de todo lo que ha pasado la Vía Láctea, es probable que las elípticas hayan enfrentado encuentros más drásticos con otras.

Desordenes irregulares

Muchas galaxias no entran en ninguna de estas categorías y no tienen un patrón consistente en sus formas. Estos son los más fáciles de explicar, ya que un encuentro con una fuerza disruptiva importante (como la gravedad de una galaxia más grande) puede alterar una forma regular y dejar un desastre detrás. Con el tiempo, la galaxia puede reformarse, pero eso puede llevar tanto tiempo que durante gran parte de su vida, una galaxia será irregular, particularmente una más pequeña y vulnerable a agresores cósmicos más grandes.

Formas del universo temprano

La mayor parte de lo que sabemos sobre las formas de las galaxias proviene de galaxias cercanas, ya que son más fáciles de estudiar. Eso significa que no estamos mirando muy atrás en el tiempo, por lo que estas galaxias tienen una edad bastante similar a la nuestra. Sin embargo, el JWST nos ha permitido ver algunas galaxias de cuando el universo era mucho más joven, y las formas se ven significativamente diferentes.

Un informe reciente reveló que los astrónomos comparan las formas con los equipos deportivos, desde pelotas casi esféricas hasta aquellas con forma de frisbees, tablas de surf y fideos de piscina.

No lo sabemos qué pasó con estas galaxias a medida que envejecieron. Sin embargo, dado que los objetos con estas formas son raros en el universo local, parece una apuesta justa que se transformen gradualmente en una de las formas que vemos más a mano.

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