Galaxias activas

Las galaxias son, de manera simple, una acumulación de estrellas, gas y polvo agrupada debido a la fuerza de la gravedad. No son ni mucho menos estacionarias, es decir, cambian con el tiempo.

Por un lado, evolucionan internamente debido a la propia evolución de las estrellas: el gas y polvo (junto con la atracción gravitatoria) da lugar a la formación de nuevas estrellas y las estrellas según evolucionan, hasta su muerte, devuelven el gas y el polvo al medio interestelar de la galaxia.

Por otro lado, evolucionan por la influencia externa de otras galaxias del entorno, haciendo que su morfología cambie y que en muchos casos, esos cambios, den lugar a nuevos brotes de formación estelar.

Tras la controversia inicial sobre el tamaño de la Galaxia o Vía Láctea, que llevó al descubrimiento de que existen otras galaxias fuera de la nuestra, junto con los avances tecnológicos que llevaron a la construcción de mejores telescopios con mayor poder de resolución, se comenzaron a estudiar dichas galaxias externas.

A través de este estudio, se vio que no todas las galaxias eran morfológicamente iguales, sino que existía una gran variedad de formas, siendo en algunos casos muy llamativas. Uno de los primeros trabajos de la astrofísica extragaláctica fue la descripción de las galaxias y la agrupación de las que presentaban características comunes. Posteriormente, al igual que en muchas otras ciencias, se intentó ordenar las formas que tenían las galaxias en función de parámetros que variaran secuencialmente. Podría parecer que esta manera de proceder se debía a que, dado que no se podían conocer más detalles, los astrónomos se conformaban con tenerlas clasificadas. Sin embargo, la clasificación responde a algo con un sentido físico más profundo: si se encontraba que alguno de los parámetros tenía un significado físico, la clasificación implicaba un instrumento importante para facilitar la comprensión de la galaxia.

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Secuencia de Hubble

Una de las primeras clasificaciones se debe a Hubble, el cual las clasificó en tres clases:

  • Irregulares: No tienen ninguna forma específica ni siquiera algún grado de simetría. Se nombran con la letra I.

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Gran Nube de Magallanes. Galaxia Irregular

  • Elípticas: son aquellas que tienen formas esféricas o elipsoidales. Además no presentan ningún detalle estructural. Se nombran con la letra E seguida de un número que indica la excentricidad de la elipse, de manera que n=10(1-b/a) siendo a y b los semiejes mayor y menor de la elipse. De esta manera las galaxias E0 son esféricas y las E7 son más achatadas.

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M32. Galaxia elíptica

  • Espirales: son las más conocidas por todos. Tienen una región central muy luminosa (núcleo) y una zona externa (disco) en la que se pueden observar brazos en forma de espiral. Se nombran con la letra S seguidas de una letra minúscula de a hasta d. Las Sa tienen los brazos muy juntos y las d más abiertos.
    • Las galaxias espirales presentan un subgrupo que se denomina espirales barradas, o espirales con barra, que se caracterizan por tener una “barra” en el núcleo de la cual salen los brazos espirales. Se nombran como SB seguidas también de una letra minúscula de a hasta d.

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M81. Galaxia Espiral

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NGC1300. Espiral barrada

También se puede hablar de galaxias de transición entre elípticas y espirales denominadas galaxias lenticulares. Se nombran con las letras SO. Estas galaxias son mucho más achatadas que las E7 y se puede observar una protuberancia central.

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NGC2787. Galaxia Lenticular

Más adelante se realizaron clasificaciones diferentes a la de Hubble como la de Gérard de Vaucouleurs, aun así, la clasificación de Hubble sigue siendo la más conocida.

Las galaxias deben su luminosidad a las estrellas que contiene, pero existen algunas que tienen unos núcleos excepcionalmente brillantes. Carl Seyfert en 1943 descubrió unas galaxias en cuyo espectro se observaban fuertes y claras líneas de emisión. Observó que la emisión debida al oxígeno y al nitrógeno, así como al helio ionizado, eran demasiado intensas con respecto al hidrógeno. Esto no se podía explicar con lo que se conocía hasta el momento.

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Galaxia del compás. Galaxia Seyfert

En los años 60 Fritz Zwicky descubrió galaxias muy compactas que presentaban líneas espectrales muy intensas y anchas. Con el desarrollo de la radioastronomía, Allan Sandage descubrió una nueva familia de objetos extragalácticos que mostraban una emisión muy intensa en ondas de radio, fuerte variabilidad y espectros con líneas anchas e intensas.

Más adelante se descubrieron objetos que no emitían en las frecuencias de radio o que no variaban con el tiempo. También se vio que otros objetos, conocidos como BLLacs, no tenían líneas de emisión.

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BL Lac H 0323+022

En resumen, se tenía una cantidad de objetos desconocidos, algunos con apariencia estelar, que no se podían explicar en los términos de contenido y formación estelar conocidos hasta entonces. Muchos eran galaxias diferentes a las que se conocían. A los objetos de apariencia estelar se les denominó objetos cuasi-estelares o cuásares.

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Cuásar 3C273

Para todos estos objetos se desconocía cómo podían generar tal cantidad de energía.

Como hemos dicho, la luminosidad de las galaxias se debe a las estrellas que contienen, pero al observar la distribución espectral de energía de los cuásares, ésta no puede ser explicada por la población estelar que contenga.

Donald Lynden-Bell propuso la idea de que cuando la materia giraba alrededor de un cuerpo muy compacto, con un gran potencial gravitatorio, ésta se movería cada vez a más velocidad y se ionizaría debido a las fuertes aceleraciones. La materia, entonces cargada eléctricamente, radiaría energía de forma muy intensa hasta que cayese sobre el cuerpo compacto. De esta manera la masa se convertiría en energía de manera mucho más eficiente que por los procesos termonucleares que tienen lugar en el interior de las estrellas. En otras palabras, se proponía la idea de la existencia de agujeros negros en el núcleo de estas galaxias.

Aun así, quedaba la duda de si los cuásares eran galaxias u otro objeto diferente. El problema era que no se podía distinguir las estructuras subyacentes debido a la gran distancia a la que se encontraban. Jerome Kristian fue el primero en argumentar que así era. Con las mejoras en los telescopios, en concreto con las técnicas de óptica adaptativa y el telescopio Hubble, se descubrió que la hipótesis propuesta por Kristian era cierta, y a partir de entonces se agruparon a los cuásares y al tipo de galaxias descubiertas por Seyfert (conocidas como galaxias Seyfert) dentro de la familia de núcleos activos de galaxias o AGN.

En base a esto, ¿se puede afirmar que todas las galaxias tienen un núcleo activo? Y si lo tienen, ¿albergan un agujero negro en su interior?

El primer paso fue estudiar la Galaxia. Sabemos que el núcleo de la Vía Láctea no tiene actividad nuclear, pero se podría pensar que tiene un agujero negro inactivo. En este caso, el agujero negro interactúa con las estrellas que hay a su alrededor por medio de la atracción gravitatoria pero no engulle a las estrellas de manera que se emita radiación. Estudiando los movimientos de las estrellas en la zona del núcleo se puede deducir el tamaño del agujero negro y se obtiene que es del tamaño de unas 2,6 millones de masas solares, que es bastante más pequeño que los que dan lugar a los cuásares, unos mil millones de veces la masa del sol.

La idea que se tiene es que todas las galaxias tienen un agujero negro en su núcleo, pero que depende de la cantidad de estrellas que tenga a su alrededor y si son atraídas hacia su interior, o no, tienen lugar la formación de un cuásar.

Se piensa que los agujeros negros de los núcleos galácticos se crearon en las primeras fases de la formación de la galaxia y que son fundamentales en su evolución.

Si quieres, puedes encontrar mucha información sobre la Física de agujeros negros en el blog Cuentos Cuánticos de @Cuent_Cuanticos

Todas las imágenes han sido extraídas de Wikipedia

Referencias

Galaxias. Time Life Folio

Astrofísica. Manuel Rego, María José Fernández

El Jardín de las Galaxias. Mariano Moles

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