Un astrónomo explica por qué las galaxias espirales tienen brazos: "Son como un atasco de tráfico cósmico”
Las galaxias espirales que tienen brazos formados por estrellas, gas y polvo han intrigado a los astrónomos durante décadas
No hace falta un telescopio para ver bien las estrellas: con el móvil es mucho más sencillo
Las galaxias espirales son uno de los espectáculos más elegantes del universo. Galaxias como Andrómeda o nuestra Vía Láctea tienen brazos curvos formados por estrellas, gas y polvo que se extienden desde el centro de la galaxia como los pétalos de una flor. Estas estructuras han llamado la atención de astrónomos durante más de un siglo.
Sin embargo, detrás de esa belleza se esconde una pregunta esencial: ¿por qué existen los brazos espirales? Durante mucho tiempo se creía que simplemente eran agrupaciones de estrellas girando alrededor del centro de la galaxia. Pero, esa explicación tenía un problema: las galaxias rotan de manera diferencial, lo que quiere decir que las regiones cercanas al centro giran más rápido que las externas. Por lo que, si los brazos fueran estructuras rígidas, se enrollarían rápidamente y desaparecerían en relativamente poco tiempo.
Para poder responder a esa pregunta, los astrónomos desarrollaron varias teorías. La más influyente es la llamada teoría de las ondas de densidad. Esta teoría fue propuesta en 1960 por los astrónomos C.C. Lin y Frank Shu, y describe los brazos espirales como patrones de mayor densidad que se desplazan a través del disco de la galaxia.
¿Qué es una galaxia espiral?
Las galaxias espirales son uno de los tipos más comunes de galaxias en el universo observable. Éstas se caracterizan por tener un núcleo central brillante o bulbo galáctico, un disco plano compuesto por miles de millones de estrellas y brazos espirales que se extienden desde el centro hacia el exterior. La Vía Láctea pertenece a esta categoría.
En estos sistemas, las estrellas y el gas giran alrededor del centro galáctico bajo la influencia de la gravedad. No obstante, no todas las partes del disco se mueven a la misma velocidad: las regiones más cercanas al centro completan una órbita más rápidamente que las zonas externas. Este fenómeno se conoce como rotación diferencial y es esencial para entender por qué los brazos espirales no pueden ser sencillamente estructuras materiales fijas.
Este tipo de galaxias se pueden clasificar por la apariencia de sus brazos. Aquellas que presentan dos brazos bien definidos y simétricos se les denomina galaxias de gran diseño, y a las que muestran múltiples brazos fragmentados y menos organizados se les llaman galaxias floculentas.
¿Cuál es el problema del “enrollamiento”?
Si los brazos espirales estuvieran formados por las mismas estrellas durante millones de años, la rotación diferencial de la galaxia haría que se retorcieran cada vez más con el tiempo.
Este efecto se conoce como el problema del enrollamiento. En pocas rotaciones galácticas, unos cientos de millones de años, los brazos se deberían haber enrollado tanto que se volverían irreconocibles. No obstante, observamos galaxias con brazos espirales bien definidos incluso después de miles de millones de años. Esto quiere decir que los brazos no pueden ser estructuras permanentes formadas por las mismas estrellas, sino que deben tener otra naturaleza.
¿Qué dice la teoría de las ondas de densidad?
La explicación más aceptada para este fenómeno es la teoría de las ondas de densidad. Fue desarrollada por Chia-Chiao Lin y Frank Shu en los años sesenta. Según esta teoría, los brazos espirales no están formados por estrellas específicas, sino por regiones del disco galáctico donde la densidad de materia es mayor que el resto del disco.
En estas regiones se comportan como ondas que se desplazan a través de la galaxia, de una forma similar a una onda en el agua o a un atasco de tráfico en una carretera. En este caso, las estrellas serían los coches y el brazo espiral, el atasco.
Los coches entran y salen del atasco, pero ése atasco sigue existiendo. De la misma manera, las estrellas se mueven a través de los brazos espirales mientras el patrón espiral permanece. Este modelo explica por qué los brazos pueden mantenerse durante largos períodos de tiempo sin desintegrarse.
¿Cómo se forman nuevas estrellas en los brazos espirales?
Los brazos espirales no son solamente regiones más densas: son lugares donde nacen muchas estrellas. Cuando las nubes de gas y el polvo del disco galáctico atraviesan una onda de densidad, el material se comprime. Esta compresión puede desencadenar el colapso de las nubes de gas, dando lugar a la formación de nuevas estrellas.
Por esta razón en los brazos espirales se suelen encontrar estrellas jóvenes y brillantes, regiones de formación estelar y nubes de gas interestelar. Las estrellas más viejas, sin embargo, se distribuyen de manera más uniforme por el disco de la galaxia.
¿De qué otras formas se pueden producir estos brazos espirales?
La teoría de la densidad es la explicación más conocida, pero los astrónomos creen que no todos los brazos se forman de la misma forma. En algunas galaxias, los brazos pueden surgir a causa de interacciones gravitatorias con galaxias cercanas, inestabilidades internas del disco galáctico u ondas gravitacionales producidas por la materia oscura o por barras centrales.
Por ejemplo, cuando dos galaxias pasan cerca una de otra, sus campos gravitatorios pueden deformar el disco galáctico y generar estructuras espirales temporales.