¿Por qué nuestra galaxia tiene forma de espiral?

La pregunta es muy interesante y muy relevante para los estudios que hacemos. Entender por qué las galaxias tienen la forma que tienen y cómo su estructura se relaciona con sus procesos de formación y su evolución es una parte fundamental de mi investigación. Es importante que sepas que el hecho de que nuestra galaxia sea espiral no es una rareza, hay muchísimas que tienen una forma muy parecida. De hecho, la mayoría de las galaxias son espirales. Propiedades como su masa, su entorno o la edad del universo influyen en que ese número sea mayor o menor. Clasificamos las galaxias en dos tipos: elípticas y espirales. Cuando el universo era más joven, la fracción de galaxias espirales era mucho mayor que ahora que el universo es más viejo ya que las galaxias se van transformando en elípticas por procesos internos que llamamos seculares. Además, en general, cuanto más pequeñas son las galaxias, más probabilidades hay de que sean espirales en vez de elípticas.

Para entender por qué tienen esta forma hay que saber que una galaxia está compuesta por estrellas, nubes de gas y polvo y materia oscura. Esa composición la podemos considerar como un fluido, es decir, las galaxias se comportan como un fluido. Si tenemos unas partículas con una velocidad de rotación inicial y un pozo de potencial gravitatorio, la física de fluidos hace que se genere un disco rotante de igual manera que cuando abrimos un grifo el agua cae por el desagüe haciendo círculos o cuando removemos la espuma de una taza de café frecuentemente se forman estructuras espirales). La actuación de la gravedad y la conservación del momento angular hacen que se aplane toda la materia y se forme un disco muy finito que conserva esa rotación. Cuando las galaxias evolucionan y se hacen cada vez mayores, esa velocidad de rotación se va perdiendo por movimientos de fricción. Entonces, las velocidades aleatorias empiezan a dominar y las galaxias se hacen más elípticas, se distorsiona ese movimiento tan ordenado. Los choques entre galaxias, que son relativamente frecuentes, también destruyen la forma espiral de las galaxias. Por lo general las galaxias elípticas son viejas y ya han dejado de formar estrellas y, también por lo general, las galaxias espirales todavía conservan muchas estrellas jóvenes e incluso siguen formando estrellas nuevas, como ocurre en la Vía Láctea.

Cuanto más pequeñas son las galaxias, más probabilidades hay de que sean espirales en vez de elípticas

Una galaxia espiral es muy aplanada, con una dimensión privilegiada que es la del disco, donde están contenidas la mayor parte de las estrellas. En ese disco puede o no haber brazos espirales. Los brazos espirales son zonas en las que la densidad de estrellas es mayor y eso funciona como unas ondas de perturbación, las estrellas que vienen por detrás chocan y se acumulan y eso hace que los brazos espirales sean cada vez mayores (es precisamente en los brazos donde se forman más estrellas). Las galaxias espirales pueden tener un bulbo en el centro, que tiene una forma más esférica y, casi siempre, contiene una población estelar más vieja; además pueden tener también una barra, que es cuando los brazos espirales no llegan del todo al centro de la galaxia sino que hay una estructura entre ellos y el centro con forma, precisamente, de barra. Hay muchos estudios sobre por qué surgen las barras y qué implicaciones tienen en la evolución de las galaxias pero todavía es un frente de investigación abierto.

Además, las galaxias espirales tienen un halo que es como una esfera en la que hay estrellas muy dispersas con velocidades más aleatorias que las del resto de la galaxia que están en el disco. Y luego está, por supuesto, la componente de materia oscura. Todas las galaxias se forman en halos de materia oscura, que es algo que no hemos sido capaces de observar aunque sí de detectar. La forma en la que se detectó la materia oscura fue porque la velocidad de rotación que vemos en la parte más externa de las galaxias es mayor de lo que sería si no existiera esa materia oscura. Este hecho fue descubierto por una astrofísica estadounidense llamada Vera Rubin.

La Vía Láctea tiene bulbo, halo y materia oscura y es muy posible que tenga barra aunque no estamos totalmente seguros. Y tiene cinco brazos espirales, en uno de los cuales, bastante a las afueras, está nuestro sistema solar.

Helena Domínguez Sánchez es doctora en astrofísica e investigadora en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC, Barcelona).

Pregunta enviada vía email por Noé Martínez García

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