El observatorio de rayos X Chandra detectó un halo de gas azul caliente alrededor de la galaxia NGC 5746. Vea más imágenes del polvo espacial. Foto cortesía del Observatorio de rayos X de NASA / Chandra Cuando miras al cielo nocturno especialmente durante el verano, verá una tenue banda de estrellas esparcida por todo el centro del cielo. Esta banda de estrellas es nuestra galaxia , la vía Láctea. El sol es solo una de las aproximadamente 200 mil millones de estrellas de la Vía Láctea, que es solo una de los miles de millones de galaxias del universo. Una galaxia es un gran sistema de estrellas, gas (principalmente hidrógeno), polvo y materia oscura que orbita alrededor de un centro común y está unida por la gravedad; han sido descritos como "universos islas". Las galaxias tienen muchos tamaños y formas. Sabemos que son muy viejos y se formaron temprano en la evolución del universo. Sin embargo, cómo se formaron y evolucionaron en sus diversas formas sigue siendo un misterio.
Cuando los astrónomos observan los confines más profundos del universo con potentes telescopios, ven miríadas de galaxias. Las galaxias están muy alejadas unas de otras y se alejan constantemente unas de otras a medida que nuestro universo se expande. Es más, las galaxias están organizadas en grandes cúmulos y otras estructuras, lo que podría tener importantes implicaciones para la estructura general, formación y destino del universo.
Algunas galaxias llamado galaxias activas , emiten enormes cantidades de energía en forma de radiación. Pueden tener estructuras exóticas como agujeros negros supermasivos en sus centros. Las galaxias activas representan un área importante de investigación astronómica.
En este articulo, Descubriremos cómo se descubrieron las galaxias y qué tipos existen, de qué están hechos, sus estructuras internas, cómo se forman y evolucionan, cómo se distribuyen por el universo, y cómo las galaxias activas podrían emitir tanta energía.
Relación luminosidad-distanciaLos astrónomos (profesionales o aficionados) pueden medir el brillo de una estrella (la cantidad de luz que emite) usando un fotómetro o dispositivo de carga acoplada en el extremo de un telescopio. Si conocen el brillo de la estrella y la distancia a la estrella, pueden calcular su luminosidad, la cantidad de energía que emite ( luminosidad =brillo x 12,57 x (distancia) 2 ). En cambio, si conoces la luminosidad de una estrella, puedes calcular su distancia.
Contenido
2008 HowStuffWorks Las galaxias vienen en una variedad de tamaños y formas. Pueden tener tan solo 10 millones de estrellas o hasta 10 billones (la Vía Láctea tiene alrededor de 200 mil millones de estrellas). En 1936, Edwin Hubble clasificó las formas de galaxias en el Secuencia de Hubble .
Las galaxias espirales tienen las estructuras más complejas. Aquí hay una vista de la Vía Láctea como parecería desde el exterior.
2008 HowStuffWorks Todos estos componentes orbitan alrededor del núcleo y se mantienen unidos por la gravedad. Debido a que la gravedad depende de la masa, se podría pensar que la mayor parte de la masa de una galaxia estaría en el disco galáctico o cerca del centro del disco. Sin embargo, mediante el estudio de las curvas de rotación de la Vía Láctea y otras galaxias, Los astrónomos han concluido que la mayor parte de la masa se encuentra en las porciones exteriores de la galaxia (como el halo), donde hay poca luz emitida por estrellas o gases.
En la página siguiente, daremos un paseo por la historia de las galaxias.
Veamos la historia de las galaxias en astronomía.
Todavía hay muchos misterios que rodean la formación de galaxias, pero en la página siguiente explicaremos algunas de las mejores teorías al respecto.
Años luz de distancia
Las galaxias están muy separadas. La galaxia de Andrómeda, que también se llama M31 (objeto Messier # 31), es la galaxia más cercana a nosotros, a 2,2 millones de años luz de distancia. Los astrónomos suelen medir las distancias intergalácticas en términos de megaparsecs:
un parsec =3,26 años luz
un millón de parsecs =un megaparsec
un megaparsec (Mpc) =3,26 millones de años luz
Las galaxias visibles más lejanas son aproximadamente 3, 000 Mpc de distancia, o alrededor de 10 mil millones de años luz.
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2008 HowStuffWorks Realmente no sabemos cómo se formaron varias galaxias y tomaron las muchas formas que vemos hoy. Pero tenemos algunas ideas sobre sus orígenes y evolución.
Veamos el período de formación de galaxias.
Las observaciones de Edwin Hubble, y subsecuente Ley de Hubble (que explicaremos más adelante), llevó a la idea de que el universo se está expandiendo. Podemos estimar la edad del universo basándonos en la tasa de expansión. Debido a que algunas galaxias están a miles de millones de años luz de nosotros, podemos discernir que se formaron bastante poco después del Big Bang (si miras más profundamente en el espacio, ves más atrás en el tiempo). La mayoría de las galaxias se formaron temprano, pero los datos del telescopio Galaxy Explorer (GALEX) de la NASA indican que algunas galaxias nuevas se han formado relativamente recientemente, en los últimos miles de millones de años.
La mayoría de las teorías sobre el universo temprano hacen dos suposiciones:
De estos supuestos, Los astrónomos creen que las áreas más densas ralentizaron ligeramente la expansión, permitiendo que el gas se acumule en pequeñas nubes protogalácticas . En estas nubes la gravedad hizo que el gas y el polvo colapsaran y formaran estrellas. Estas estrellas se quemaron rápidamente y se convirtieron en cúmulos globulares, pero la gravedad siguió colapsando las nubes. Cuando las nubes se derrumbaron formaron discos giratorios. Los discos giratorios atrajeron más gas y polvo con la gravedad y formaron discos galácticos. Dentro del disco galáctico se formaron nuevas estrellas. Lo que quedaba en las afueras de la nube original eran cúmulos globulares y el halo compuesto de gas, polvo y materia oscura.
Dos factores de este proceso podrían explicar las diferencias entre las galaxias elípticas y espirales:
2008 HowStuffWorks Las galaxias no actúan solas. Las distancias entre galaxias parecen grandes, pero los diámetros de las galaxias también son grandes. Comparado con las estrellas las galaxias están relativamente cerca unas de otras. Pueden interactuar y, más importante, chocar. Cuando las galaxias chocan, en realidad, se atraviesan entre sí; las estrellas de su interior no chocan entre sí debido a las enormes distancias interestelares. Pero las colisiones tienden a distorsionar la forma de una galaxia. Los modelos informáticos muestran que las colisiones entre las galaxias espirales tienden a formar elípticas (entonces, las galaxias espirales probablemente no han estado involucradas en ninguna colisión). Los científicos estiman que hasta la mitad de todas las galaxias han estado involucradas en algún tipo de colisión.
Las interacciones gravitacionales entre galaxias en colisión podrían causar varias cosas:
Entonces, ¿Las galaxias simplemente flotan en el espacio o alguna fuerza invisible regula su movimiento? ¿Y qué pasa cuando se encuentran? Descúbrelo en la página siguiente.
2008 HowStuffWorks Las galaxias no se distribuyen aleatoriamente por todo el universo, tienden a existir en cúmulos galácticos . Las galaxias de estos cúmulos están unidas gravitacionalmente y se influyen entre sí.
Cuando los astrónomos Margaret Geller y Emilio E. Falco trazaron las posiciones de las galaxias y los cúmulos galácticos en el universo, quedó claro que los cúmulos y supercúmulos galácticos no se distribuyen al azar. En realidad, están agrupados en paredes (filamentos largos) intercalados con vacíos , lo que le da al universo una estructura similar a una telaraña.
los medio intergaláctico - el espacio entre las galaxias y los cúmulos de galaxias - no está completamente vacío. No conocemos la naturaleza exacta del medio intergaláctico, pero probablemente contiene una densidad de gas relativamente pequeña. La mayor parte del medio intergaláctico es frío (alrededor de 2 grados Kelvin), pero observaciones recientes de rayos X sugieren que algunas áreas son calientes (millones de grados Kelvin) y ricas en metales. Una de las áreas activas de la investigación astronómica actual está dirigida a determinar la naturaleza del medio intergaláctico; puede ayudarnos a descubrir exactamente cómo comenzó el universo y cómo se forman y evolucionan las galaxias.
Veamos una propiedad final con respecto a las galaxias y sus distribuciones. Por sus medidas de distancias galácticas, Edwin Hubble estudió los espectros de luz que emiten las galaxias. En todos los casos, notó que los espectros eran Doppler desplazado hasta el extremo rojo del espectro. Esto indica que el objeto se está alejando de nosotros. Hubble notó que, no importa donde mire, las galaxias se alejaban de nosotros. Y cuanto más lejos está la galaxia, cuanto más rápido se alejaba. En 1929, Hubble publicó un gráfico de esta relación, que se ha hecho conocido como Ley de Hubble .
Matemáticamente, La Ley de Hubble establece que el velocidad de recesión (V) es directamente proporcional a la distancia galáctica (D). La ecuación es V =Hd , donde H es el Constante de Hubble , o constante de proporcionalidad. La estimación más actual de H es de 70 kilómetros por segundo por megaparsec. La Ley de Hubble es una prueba importante de que el universo se está expandiendo:su trabajo formó la base de la teoría del big bang del origen del universo.
Algunas galaxias arrojan gases, emiten luz intensa y tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. A continuación, aprenderemos sobre las galaxias activas.
El efecto DopplerAl igual que el sonido agudo de la sirena de un camión de bomberos disminuye a medida que el camión se aleja, el movimiento de las estrellas afecta las longitudes de onda de la luz que recibimos de ellas. Este fenómeno se llama efecto Doppler. Podemos medir el efecto Doppler midiendo líneas en el espectro de una estrella y comparándolas con el espectro de una lámpara estándar. La magnitud del desplazamiento Doppler nos dice qué tan rápido se mueve la estrella en relación con nosotros. Además, la dirección del desplazamiento Doppler puede indicarnos la dirección del movimiento de la estrella. Si el espectro de una estrella se desplaza al extremo azul, la estrella se mueve hacia nosotros; si el espectro se desplaza al extremo rojo, la estrella se aleja de nosotros.
Cuando miras una galaxia normal, la mayor parte de la luz proviene de las estrellas en longitudes de onda visibles y se distribuye uniformemente por toda la galaxia. Sin embargo, si observas algunas galaxias, verá una luz intensa que sale de sus núcleos. Y si miras estas mismas galaxias en la radiografía, ultravioleta, longitudes de onda de infrarrojos y radio, parecen estar emitiendo enormes cantidades de energía, aparentemente del núcleo. Estos son galaxias activas , que representan un porcentaje muy pequeño de todas las galaxias. Hay cuatro clasificaciones de galaxias activas, pero el tipo que observamos puede depender más de nuestro ángulo de visión que de las diferencias estructurales.
Para explicar las galaxias activas, los científicos deben ser capaces de explicar cómo emiten cantidades tan grandes de energía desde áreas tan pequeñas de los núcleos galácticos. La hipótesis más aceptada es que en el centro de cada una de estas galaxias hay un agujero negro masivo o supermasivo. Alrededor del agujero negro hay un disco de acreción de gas que gira rápidamente y que está rodeado por una toro (un disco de gas y polvo en forma de rosquilla). A medida que el material del disco de acreción cae en el área alrededor del agujero negro (el horizonte de eventos ), se calienta a millones de grados Kelvin y se acelera hacia afuera en los chorros.
Descubierto por Carl Seyfert en 1943, estas galaxias (el 2 por ciento de todas las galaxias espirales) tienen amplios espectros que indican núcleos de calor, gas ionizado de baja densidad. Los núcleos de estas galaxias cambian de brillo cada pocas semanas, entonces sabemos que los objetos en el centro deben ser relativamente pequeños (aproximadamente del tamaño de un sistema solar). Usando cambios Doppler, Los astrónomos han notado que las velocidades en el centro de las galaxias Seyfert son unas 30 veces mayores que las de las galaxias normales.
Las radiogalaxias son elípticas (el 0,01 por ciento de todas las galaxias son radiogalaxias). Sus núcleos emiten chorros de gas a alta velocidad (cerca de la velocidad de la luz) por encima y por debajo de la galaxia; los chorros interactúan con campos magnéticos y emiten señales de radio.
Quásares (objetos cuasi estelares)
Los quásares se descubrieron a principios de la década de 1960. Alrededor de 13, 000 han sido descubiertos, pero podría haber hasta 100, 000 por ahí [fuente:Una revisión del universo]. Están a miles de millones de años luz de la Vía Láctea y son los objetos más energéticos del universo. El brillo extremo de los quásares puede fluctuar durante períodos de un día, lo que indica que la energía proviene de un área muy pequeña. Se han encontrado miles de quásares, y se cree que emanan de los núcleos de galaxias distantes.
Los blazares son un tipo de galaxia activa:alrededor de 1, 000 han sido catalogados [fuente:A Review of the Universe]. Desde nuestro punto de vista, estamos mirando "de frente" al jet que emana de la galaxia. Como cuásares, su brillo puede fluctuar rápidamente, a veces en menos de un día.
Eche un vistazo a los enlaces de la página siguiente para obtener más información sobre las galaxias.
Galaxias StarburstLa mayoría de las galaxias tienen tasas bajas de formación de nuevas estrellas, aproximadamente una al año. Sin embargo, galaxias starburst producir más de 100 al año. A este ritmo las galaxias de explosión estelar consumen todo su gas y polvo en unos 100 millones de años, que es corto en comparación con los miles de millones de años que han existido la mayoría de las galaxias. Las galaxias Starburst emiten su intensa luz desde una pequeña área de estrellas y supernovas recién formadas. Entonces, Los astrónomos piensan que las galaxias con explosión estelar representan una fase corta en la forma en que las galaxias cambian y evolucionan. quizás una etapa antes de convertirse en una galaxia activa.
Publicado originalmente:7 de febrero de 2008
