Galaxias y clases de galaxias.
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| NGC 1300, ejemplo clásico de galaxia espiral barrada. Créditos: NASA, ESA y el Equipo de Herencia del Hubble (STScI / AURA); Agradecimientos: P. Knezek (WIYN). |
Galaxias.
Una galaxia es un conjunto de estrellas, nubes de gas, polvo cósmico, energía oscura, materia oscura, nebulosas, cúmulos estelares y sistemas estelares múltiples unidos gravitatoriamente, casi todas las galaxias poseen agujeros negros supermasivos en el centro.
Agrupaciones de galaxias.
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| Cúmulo de galaxias Abell 1689. Crédito: NASA, ESA, el Equipo del Patrimonio del Hubble (STScI / AURA), J. Blakeslee (Programa de Astrofísica Herzberg de la NRC, Observatorio Astrofísico del Dominio) y H. Ford (JHU). |
Las galaxias se pueden agrupar por la gravedad, dependiendo de la cantidad de galaxias y de las agrupaciones las podemos definir como:
- Grupos de galaxias, asociaciones de entre 2 a 50 galaxias.
- Cúmulos de galaxias, asociaciones de entre 51 a 1.000 galaxias.
- Supercúmulos, asociaciones de cúmulos de galaxias y grupos de galaxias.
- Complejos de supercúmulos, hipercúmulos, filamentos, asociaciones de supercúmulos de galaxias que interactuan entre ellos gravitatoriamente. Se trata de las estructuras más grandes que existen en el Universo, también denominados racimos de galaxias. Son las estructuras más masivas del Universo que se mantienen unidos por la gravedad. Actualmente los astrónomos creen que se formaron cuando grupos más pequeños de galaxias se estrellaron entre sí mediante grandes colisiones cósmicas. Tales racimos pueden contener hasta 100.000 galaxias, junto con el gas intergaláctico caliente que brilla a menudo brillantemente en las longitudes de onda de rayos X, todos ligados primariamente por la gravedad de la materia oscura. Los racimos de galaxias son un enjambre de galaxias impregnadas por un mar de rayos X caliente que emite gas de hidrógeno ionizado que está incrustado en una enorme nube de materia oscura. Son las interacciones de éstos, las estructuras más masivas en el universo que se observan para probar las características de la materia oscura. La interacción gas-gas en las colisiones de racimo es muy fuerte, mientras que la resistencia de la estrella de gas es débil. De forma similar a una burbuja de jabón y una bala en el viento donde la burbuja interactuaría mucho más con el viento que con la bala.
Actualmente creemos que La Vía Láctea, nuestra propia galaxia, está situada en el denominado Grupo Local, este Grupo Local pertenece al Supercúmulo Local, Supercúmulo de Virgo o como se ha nombrado recientemente al Supercúmulo Laniakea, nuestro supercúmulo pertenece al Complejo de Supercúmulos de Piscis-Cetus. El Supercúmulo de Virgo junto con el Supercúmulo Hidra-Centauro es una estructura que se denomina La Cadena Virgo-Hidra-Centauro constituyendo la quinta parte del Complejo de Supercúmulos de Piscis-Cetus.
La evolución de la secuencia de Hubble.
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| Evolución de la secuencia de Hubble. |
Esta imagen creada a partir de datos tomados del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA y del Sondeo Sloan Digital Sky Survey demuestra que la secuencia de Hubble hace seis mil millones de años era muy diferente de la que los astrónomos ven hoy. Las dos secciones muestran cuántas galaxias más peculiares (marcadas Pec) se ven entre galaxias distantes, en comparación con galaxias locales. La organización de datos sigue el esquema de clasificación de horquillas de Hubble diseñado en 1926 por el mismo Edwin Hubble en cuyo honor se nombra el telescopio espacial.
La imagen superior representa el Universo actual o local. Usando su muestra, los investigadores descubrieron que el 3 por ciento de las galaxias eran elípticas (marcadas E), 15 por ciento lenticulares (marcadas S0), 72 por ciento en espiral (marcadas Sa a Sd, o SBb a SBd) y 10 por ciento peculiares (marcadas Pec).
La imagen inferior representa la composición de las galaxias distantes (hace seis mil millones de años), mostrando una fracción mucho más grande de galaxias peculiares. El censo halló que el 4 por ciento de las galaxias distantes eran elípticas, 13 por ciento lenticulares (S0), 31 por ciento espirales y 52 por ciento peculiares. Esto implica que muchas de las galaxias peculiares en última instancia se convierten en grandes espirales. De acuerdo con la hipótesis de la "reconstrucción en espiral", ideada por los astrónomos François Hammer, Rodney Delgado-Serrano y su grupo, esto se debe al gran número de grandes fusiones de galaxias entre galaxias que antes eran etiquetadas como "peculiares". Se cree que la gran galaxia Andromeda de nuestro barrio se formó de esta manera.
En total, se muestrearon 116 galaxias locales y 148 galaxias distantes. Las galaxias espirales se clasifican además mediante etiquetas que caracterizan su apariencia; Por ejemplo, una galaxia SBD significa que es una galaxia espiral que tiene "brazos" ligeramente más flojos que una galaxia SBa y una protuberancia menos prominente.
Estas imágenes fueron creadas a partir de datos que son parte de las grandes sondeos realizadas por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y el telescopio de 2,5 metros en el Apache Point Observatory, Nuevo México, EE. UU. (Sloan Digital Sky Survey).
Crédito:
NASA, ESA, Sloan Digital Sky Survey, R. Delgado-Serrano y F. Hammer (Observatorio de París)
NASA, ESA, Sloan Digital Sky Survey, R. Delgado-Serrano y F. Hammer (Observatorio de París)
TIPOS DE GALAXIAS.
Los tipos de galaxias fueron estudiadas y estructuradas por Edwin Hubble en 1936. E. Hubble, el astrónomo no el telescopio, organizó un sistema de clasificación de galaxias que es todavía utilizado hoy en día y que se denomina Secuencia de Hubble.
Las galaxias se clasifican siempre por la forma nunca por el tamaño o por cualquier otro tipo de característica:
- Galaxia espiral.
- Galaxia espiral barrada.
- Galaxia lenticular.
- Galaxia elíptica.
- Galaxia irregular.
Galaxia espiral.
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| Galaxia espiral IC 391. Crédito de la imagen: ESA / Hubble y NASA. |
Esta clase de galaxias se trata de discos rotantes de estrellas y material interestelar con una protuberancia central, llamado bulbo, compuesta principalmente por estrellas más viejas. A partir de esta protuberancia central se extienden unos brazos en forma de espiral de brillo variable que se encuentran ocupados por estrellas jóvenes azules supermasivas, suelen tener un disco plano que puede tener alguna clase de alabeo. Se pueden clasificar dependiendo del aspecto de sus brazos espirales que puede variar desde el 1, galaxias que poseen unos brazos caóticos y sin ningún orden, hasta el 12, galaxias espirales que tienen dos brazos muy desarrollados y que dominan la imagen visible. Se cree que las galaxias espirales suponen dos tercios del total de galaxias del Universo.
Galaxia espiral barrada.
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| Galaxia espiral barrada NGC 986. Crédito: ESO. |
Una galaxia espiral barrada es una galaxia espiral con una banda central de estrellas brillantes que abarca de un lado a otro del núcleo de la galaxia. Los brazos espirales parecen surgir del final de la "barra" mientras en las galaxias espirales parecen surgir del núcleo galáctico.
La hipótesis actual sobre las barras de estas galaxias sostiene que la estructura de barra actúa como una "guardería estelar", impulsando la formación estelar en su centro. Se piensa que la barra actúa como un mecanismo que canaliza el gas interestelar desde los brazos espirales hacia el centro a través de resonancia orbital, encauzando el flujo para crear estrellas nuevas. Este proceso explica también por qué tantas galaxias espirales barradas muestran un núcleo galáctico activo y/o un brote estelar central, como el que se observa en la Galaxia del Molinillo Austral (M83).
En general, se piensa que las barras se forman por una onda de densidad proveniente del centro de la galaxia cuyos efectos reorganizan las órbitas de las estrellas interiores.
A lo largo del tiempo este efecto provoca que las estrellas orbiten a una distancia mayor, lo que hace que la estructura de barra permanezca en el tiempo. Otra posible causa de la formación de barras puede deberse a los efectos de la fuerza de marea originados por la interacción entre galaxias.
Las barras también modifican la estructura de la galaxia creando anillos tanto exteriores a la barra como interiores a ella, controlando su estructura espiral, y formando además otras estructuras presentes en las regiones centrales de éstas como miniespirales o barras menores e interiores a la principal; el resultado neto de la inyección de gas por parte de la barra a la región central de la galaxia y la formación estelar consecuente es el nacimiento de un pseudobulbo. Se cree que las barras son un fenómeno temporal en la vida de las galaxias espirales, decayendo la estructura de barra con el tiempo, transformándose la galaxia desde una espiral barrada a una espiral "regular".
Por encima de cierto tamaño, la masa acumulada en la barra compromete la estabilidad del conjunto de la barra; así, las galaxias espirales barradas con una gran cantidad de masa acumulada en su centro tienden a tener barras cortas y rechonchas. Además, numerosas galaxias espirales no barradas vistas en infrarrojos muestran una barra invisible en el óptico, calculándose que una galaxia espiral necesita alrededor de 2 mil millones de años para pasar de ser una espiral normal a una barrada.
Investigaciones muy recientes parecen confirmar el modelo según el cual la barra es una estructura que aparece en las galaxias espirales ya maduras y completamente formadas. De acuerdo con tales estudios, en el pasado del universo, el porcentaje de galaxias con barra central era de apenas un 20% comparado con el 70% actual. Las barras son relativamente comunes: hasta dos tercios de las galaxias espirales contienen una. Dichas barras generalmente afectan tanto al movimiento de las estrellas como al del gas interestelar dentro de la galaxia espiral, y pueden afectar también a los brazos espirales.
Edwin Hubble clasificó a este tipo de galaxias espirales como SB (Spiral Barred en inglés) en su Secuencia de Hubble, dividiéndolas en tres categorías dependiendo de lo abiertos que tengan los brazos espirales. Las de tipo SBa tienen los brazos fuertemente unidos y una gran protuberancia central, las galaxias de tipo SBb son intermedias entre las anteriores y las de tipo SBc las cuales tienen los brazos muy sueltos, y finalmente las SBd aún más, con un núcleo casi inexistente. Un quinto tipo (SBm) se creó posteriormente para describir una galaxia espiral irregular, como las Nubes de Magallanes, que inicialmente fueron clasificadas como galaxias irregulares pero en donde posteriormente se encontraron estructuras de espirales barradas.
La Vía Láctea es una galaxia de este tipo (tipo SBbc, intermedia entre una SBb y una SBc).
Galaxia lenticular.
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| Galaxia lenticular, NGC 6861. Créditos: NASA/Hubble & NASA, agradecimientos J. Barrington. |
Esta clase de galaxias son una evolución intermedia entre una galaxia espiral y una galaxia elíptica, en la secuencia de Hubble se las define como S0. Estas galaxias poseen características de los dos tipos de galaxias antes mencionados, en este estado intermedio acaban perdiendo los brazos espirales quedando unas bandas oscuras polvorientas recordando lo que una vez fuera la galaxia cuando era más joven. La formación estelar de estrellas azules supermasivas casi se ha detenido por completo por agotar el material estelar para la formación de dichas estrellas, el hidrógeno, quedando tan solo estrellas rojas, amarillas y estrellas 'muertas', dichas galaxias van adoptando una forma de lente y que evolucionan a lo que los astrónomos definen como galaxia elíptica.
Un tipo de galaxia lenticular son las denominadas galaxias anulares, Las galaxias anulares son objetos misteriosos. Se piensa que se forman cuando una galaxia corta a través del disco de otra más grande, como las galaxias son en su mayoría espacio vacío esta colisión no es tan agresiva o tan destructiva como uno podría imaginar. La probabilidad de que dos estrellas colisionen físicamente es mínima y en su lugar los efectos gravitatorios de las dos galaxias es lo que causa la interrupción.
Esta perturbación altera el material en ambas galaxias, haciendo que se redistribuya para formar un núcleo central denso, rodeado de estrellas brillantes. Toda esta conmoción hace que las nubes de gas y polvo se derrumben y provoca nuevos períodos de intensa formación estelar en el anillo exterior que está así lleno de estrellas y regiones azules, jóvenes y calientes que activamente dan lugar a nuevas estrellas.
Galaxia elíptica.
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| Una gigantesca galaxia elíptica, NGC 1132. Crédito de la imagen: NASA, ESA y la Colaboración Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble. Reconocimiento: M. West (ESO, Chile). |
Esta clase de galaxia de la secuencia de Hubble se caracteriza por tener aproximadamente una forma elipsoidal y carecer de rasgos distintivos, no poseen los característicos brazos espirales de sus hermanas espirales y solo poseen estrellas viejas. Son clasificadas desde E0, forma de esfera, hasta E7 forma de elipse. Se considera que representan el 15% del total de galaxias del Universo. Hoy en día se considera a estas galaxias como la evolución final de las galaxias espirales, cuando las galaxias espirales se quedan sin hidrógeno se detiene por completo la formación estelar quedando un galaxia formada por estrellas viejas y amarillas.
Galaxia irregular.
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| Galaxia irregular UGC 4459. Crédito: ESA/Hubble y NASA; Reconocimiento: Judy Schmidt (Geckzilla). |
Son galaxias que no entran en ninguna de las definiciones anteriormente descritas, no poseen una forma concreta, no poseen brazos espirales minimamente definidos ni agujero supermasivo central, tampoco giran alrededor de un núcleo concreto. A pesar de ello poseen una gran cantidad de polvo y gas, lo que las hacen producir una gran cantidad de estrellas, por regla general son galaxias pequeñas. Los astrónomos especulan que anteriormente fueron galaxias espirales que se deformaron por interactuar gravitatoriamente con otras galaxias. Se suelen etiquetar como dI (dwarf Irregular galaxy, del inglés), galaxia irregular enana, pueden ser del tipo I, viejas y poco brillantes, o del tipo II, galaxias irregulares producidas por fusiones de galaxias o por interactuar entre ellas. Se calcula que el 20% de todas las galaxias del Universo son irregulares.
Galaxias activas.
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| La galaxia de las antenas, una galaxia starburst. Crédito: ESA / Hubble y NASA. |
Las galaxias se pueden clasificar dependiendo de la zona donde esa galaxia presente actividad estelar con independencia de su forma:
- Galaxias con brote estelar.
- Galaxias con núcleos activos AGN.
Galaxias con brote estelar.
Starburst.
Se trata de galaxias que tienen una tasa de nacimiento de estrellas más alta de lo que se considera una galaxia normal. Estos brotes estelares se pueden captar con telescopios de infrarrojos, ultravioletas o rayos X. La galaxia de las Antenas, imagen de la derecha, es una fusión entre dos galaxias NGC 4038 y NGC 4039, es un claro ejemplo de Galaxia tipo Starburst.
Galaxia con núcleo activo, AGN.
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| Galaxia de núcleo activo markarian 817. Crédito: NASA, ESA y el equipo Hubble SM4 ERO. |
Una galaxia de núcleo activo es aquella que en su núcleo tiene un objeto compacto, un agujero negro supermasivo, que engulle la materia de su alrededor, transformándola en energía luminosa y en jets o chorros de partículas muy energéticos con velocidades cercanas a la de la luz (jets relativistas). Cuando estos chorros de alta velocidad apuntan hacia La Tierra, su fuerte emisión en radio llega muy amplificada debido a efectos relativistas, diluyendo la luz de la galaxia anfitriona. Esta característica define a una clase de núcleo activo de galaxia, AGN (de sus siglas del inglés Actyve Galaxy Nucleus), denominados blázares. A pesar de haber sido investigados durante décadas, muchos aspectos de la física que los gobierna siguen siendo esquivos. Su propia formación y estructura, así como los mecanismos de aceleración de sus partículas, son algunas de las preguntas sin resolver de la astrofísica moderna.
Tipos de galaxia AGN.
Seyfert.
Entre los distintos tipos de AGN, se encuentran las galaxias Seyfert, que habitualmente se hallan en galaxias de morfología espiral y no suelen presentar chorros relativistas.
Entre los distintos tipos de AGN, se encuentran las galaxias Seyfert, que habitualmente se hallan en galaxias de morfología espiral y no suelen presentar chorros relativistas.
Las galaxias Seyfert se clasifican por su emisión en el rango de luz visible en dos tipos:
- Aquellas cuyo núcleo aparece más luminoso y presenta líneas de emisión ensanchadas, provenientes de un gas muy ionizado.
- Núcleos menos luminosos y que no presentan ensanchamiento en esas líneas de emisión.
Una de las cuestiones relacionadas con esta clase de núcleos galácticos es el tipo de galaxia que los aloja. Por lo general, los núcleos galácticos activos de tipo Seyfert se encuentran en galaxias espirales y la masa de su agujero negro central es relativamente pequeña (entre un millón a decenas de millones de masas solares), mientras que los jets muy luminosos solo se habían observado hasta ahora en galaxias elípticas gigantes cuyos agujeros negros son entre cien millones y varios miles de millones de veces más masivos que el Sol.
El hallazgo de los chorros o jets en una clase de AGN que reside habitualmente en las galaxias espirales puso en duda el modelo hasta ahora aceptado por la comunidad científica de que los núcleos galácticos activos solamente producen jets en galaxias elípticas gigantes. Esto implicaría que tales estructuras, en el caso de las galaxias tipo NLSy1, puede ser producidas por diferentes mecanismos de los que actúan en blázares y radiogalaxias.
Blázar.
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| Cuásar 3C186, Crédito: NASA, ESA y M. Chiaberge (STScI / ESA). |
Un blázar es, a grandes rasgos, un núcleo galáctico activo (por tener un agujero negro masivo tragando materia en su centro), visto desde uno de sus polos y que muestra variaciones rápidas en su potencia de salida de radiación en intervalos cortos de tiempo. A medida que la materia cae hacia el agujero negro supermasivo de la galaxia, parte de esa materia es catapultada hacia el exterior a casi la velocidad de la luz, en forma de chorros apuntando en direcciones opuestas. Cuando uno de los chorros se dirige en dirección a la Tierra, la galaxia aparece especialmente brillante y se la clasifica como un blázar. La luz ahora recibida del objeto más lejano de este tipo empezó su viaje hacia nosotros cuando el universo tenía 1.400 millones de años de edad, o casi el 10 por ciento de su edad actual. Actualmente hay un consenso entre los astrónomos que un blazar es un cuásar cuyo chorro de energía se encuentra apuntado directamente a la Tierra, debido a esta característica los blazars se dividen en dos grupos: los cuásares altamente variables y los objetos BL Lacertae.
Un blázar es un objeto astronómico asociado a una galaxia elíptica gigante en cuyo centro se encuentra un agujero negro supermasivo que emite chorros de radiación y partículas de enorme energía en dirección a la Tierra, siendo uno de los fenómenos más energéticos del Universo.
Cuásar.
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| Radiogalaxia, Centaurus A, Crédito: ESO. |
Un cuásar es una fuente astronómica de energía electromagnética que incluye radiofrecuencia y luz visible. La energía de estos objetos astronómicos hace empequeñecer casi a cualquier otro fenómeno astrofísico conocido excepto supernovas y agujeros negros. Se trata de unos objetos muy distantes en el Universo observable, el más cercano se sitúa a 780 millones de años luz de distancia y el más lejano está a 13.000 millones de años luz, esto nos muestra como era el Universo en un pasado muy distante y a que distancia empezaron estos objetos a emitir su luz, se calcula que la edad del Universo es de unos 13.700 millones de años. Los cuásares pueden ser observados en muchas zonas del espectro electromagnético, radiofrecuencia, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Se cree que los cuásares son galaxias con una agujero negro supermasivo central que devora todo el material a su alcance durante un periodo de tiempo no superior a los 10.000 millones de años. Cuando este material se agota la galaxia se transforma en una galaxia normal. Se supone que las galaxias que nos rodean en su momento fueron cuásares que dejaron de serlo cuando el material del que se alimentaban se agotó. El cuásar OVV se trata de una clase de cuásar violento variable, también es una clase de blazar que consiste en radiogalaxias raras que pueden cambiar rápidamente en un 50% en un día, son muy similares a los objetos BL Lacertae.
