Galaxias espirales: concepto, características, formación, tipos
¿Qué es una galaxia espiral?
Una galaxia espiral es una agrupación de estrellas en forma de disco con brazos en espiral, que recuerda la forma de un molinillo de viento. La forma de los brazos varía mucho, pero en general se distingue claramente un centro condensado rodeado de un disco del cual brotan las espirales.
Casi un 60% de las galaxias que se conocen actualmente son espirales con las siguientes estructuras características: abultamiento central o bulbo galáctico, disco, brazos espirales y halo.
Se trata de galaxias de extraordinaria belleza que pueden ser localizadas en constelaciones como la de Eridano. Todas ellas codificadas gracias a la labor del astrónomo Edwin Hubble (1889-1953).
Características de las galaxias espirales
Dos tercios de las galaxias espirales presentan una barra central, constituyendo un subtipo llamado galaxias en espiral barrada, para diferenciarlas de las galaxias en espiral simple. Tienen solo dos espirales que salen de la barra y se enroscan en la misma dirección. Nuestra Vía Láctea es un ejemplo de galaxia espiral barrada si bien no podemos observarla desde nuestra posición.
El abultamiento central es de color rojizo, debido a la presencia de estrellas más antiguas. En el núcleo propiamente dicho hay escasa cantidad de gas y en el centro suele encontrarse un agujero negro.
El disco por su parte es azulado y rico en gas y polvo, con presencia de estrellas jóvenes y más calientes que orbitan en trayectorias casi circulares alrededor del núcleo galáctico, pero más lentamente que las del núcleo.
En cuanto a las espirales, se presentan en gran variedad, pudiendo ir desde las que se enrollan fuertemente alrededor del abultamiento central o los brazos dispuestos de forma más abierta sobre este. Se destacan gracias a la gran cantidad de estrellas jóvenes, azules y calientes que contienen.
Existen varias teorías acerca del por qué se forman, de las que hablaremos más adelante.
Finalmente se encuentra un halo esférico que rodea a todo el disco, pobre en gas y polvo, en el que las estrellas más viejas se agrupan en cúmulos estelares globulares, enormes agrupaciones con miles y hasta millones de estrellas que se mueven a gran velocidad.
Tipos de galaxias espirales
Para clasificar las galaxias de acuerdo a su morfología (apariencia según se ven desde la Tierra) se utiliza el diapasón creado por Edwin Hubble en 1936. Esta clasificación fue modificada posteriormente por otros astrónomos al añadir subtipos y números a la notación original.
Hubble codificó con letras a las galaxias de esta manera: E para galaxias elípticas, SO galaxias con forma lenticular y con S las espirales.
Más tarde se añadieron dos categorías más para incluir a las galaxias espirales barradas con SB y a las galaxias cuya forma no sigue un patrón y son irregulares: Irr. Cerca del 90 % de todas las galaxias observadas son elípticas o espirales. Solamente un 10% está en la categoría Irr.
Hubble creyó que las galaxias comenzaban su vida como estructuras esféricas del tipo E0 para luego desarrollar los brazos y convertirse en galaxias espirales que terminarían siendo irregulares.
No obstante está demostrado que no ocurre así. Las galaxias elípticas tienen un movimiento de rotación mucho más lento que no las llevará a achatarse y a generar las espirales.
En los brazos del diapasón de Hubble están las galaxias espirales: S para las espirales normales y SB para las espirales barradas. Las letras minúsculas indican los subtipos: “a” indica que las espirales están bien cerradas alrededor del núcleo, mientras que “c” se utiliza cuando están más sueltas. Asimismo la proporción de gas aumenta consecuentemente.
La Vía Láctea es de tipo SBb, con el Sol en uno de los brazos espirales: el brazo de Orión, llamado así porque en él también se encuentran las estrellas de esta constelación, una de las más llamativas vistas desde la Tierra.
Teorías acerca del origen de las espirales
El origen de los brazos espirales no se conoce todavía con certeza, sin embargo hay varias teorías que procuran explicarlos. Para comenzar los astrónomos pronto observaron que las distintas estructuras de una galaxia en espiral rotan a distintas velocidades. A esto se lo conoce como rotación diferencial y es una característica de este tipo de galaxias.
El interior del disco de las galaxias espirales gira mucho más rápido que el exterior, mientras que el halo no rota. Por este motivo, al comienzo se creyó que esta era la causa de que aparecieran las espirales y no solo esto, también es la evidencia de la existencia de la materia oscura.
Sin embargo de ser así, las espirales serían de corta duración (en términos astronómicos claro está), porque terminarían enrollándose sobre sí y desapareciendo.
Ondas de densidad y autopropagación de estrellas
Una teoría más aceptada para explicar la existencia de las espirales es la de las ondas de densidad. Esta teoría, creada por el astrónomo sueco Bertil Lindblad (1895-1965) postula que la materia experimenta variaciones en su concentración, las cuales, al igual que el sonido, pueden propagarse en el medio galáctico.
De esta manera se crean zonas con más concentración, como las espirales, y otras con menos, que serían los espacios entre ellas. Pero estas zonas tienen duración limitada, por ello los brazos pueden moverse aunque su forma persiste en el tiempo.
Esto explica el por qué las espirales son regiones muy activas en cuanto a la producción estelar se refiere. Allí el gas y el polvo está más concentrados, por lo que la gravedad interviene para que la materia se agrupe formando protoestrellas, que darán origen a estrellas jóvenes y masivas.
La otra teoría que busca explicar las espirales es la de la autopropagación. Se sabe que las estrellas azules y masivas de los brazos espirales son de corta vida en relación con estrellas más frías y rojas del núcleo.
Las primeras suelen terminar su vida en gigantescas explosiones de supernova, pero el material puede ser reciclado formando nuevas estrellas en el mismo lugar de las anteriores: los brazos espirales.
Esto explicaría la persistencia de los brazos, pero no el origen de los mismos. Por ello los astrónomos creen más bien que se deben a una combinación de factores: la misma rotación diferencial, la existencia de las ondas de densidad, la autopropagación de estrellas y las interacciones sufridas con otras galaxias.
Todas estas circunstancias juntas dan lugar a distintos tipos de brazos en espiral: finos y claramente delineados o gruesos y poco definidos.
Diferencias con las galaxias elípticas
La diferencia más evidente es que las estrellas en las galaxias elípticas está distribuidas de una manera más uniforme que en las espirales. En estas lucen concentradas en el disco más rojizo y esparcidas en los brazos espirales, de color azulado, en cambio la distribución en las galaxias elípticas es oval.
Otra característica distintiva es la presencia o ausencia de gas y polvo interestelar. En las galaxias elípticas, la mayor parte de la materia se transformó en estrellas hace mucho tiempo, por lo tanto tienen poco gas y polvo.
Por su parte, las galaxias espirales tienen zonas donde el gas y el polvo, que dan origen a nuevas estrellas, es abundante.
La siguiente diferencia notable es el tipo de estrellas. Los astrónomos distinguen dos poblaciones estelares: la población I joven y la población II, de estrellas más antiguas. Las galaxias elípticas contienen estrellas de la población II y pocos elementos más pesados que el helio.
En cambio las galaxias espirales contienen poblaciones I y II. En el disco y los brazos predomina la población I, más joven y con alta metalicidad. Esto significa que contienen elementos pesados, remanentes de estrellas ya desaparecidas, mientras que en el halo se encuentran las estrellas más antiguas.
Por esto en las galaxias espirales se siguen formando estrellas, mientras que en las elípticas no. Y es que probablemente las galaxias elípticas sean el resultado de colisiones entre las galaxias espirales y las irregulares, durante las cuales la mayor parte del polvo cósmico desaparece y con él la posibilidad de creación de nuevas estrellas.
Estas colisiones entre galaxias son eventos frecuentes, de hecho se cree que la Vía Láctea está en colisión con pequeñas galaxias satélites: la galaxia elíptica enana de Sagitario SagDEG y la galaxia enana del Can Mayor.
Tabla comparativa
Ejemplos de galaxias espirales
Las galaxias espirales abundan en el universo. Vistas desde la Tierra son objetos de extraordinaria belleza por sus diversas formas. Por ejemplo, en la constelación de Eridano hay cinco galaxias en espiral de distintos tipos, incluyendo tres barradas. Una de ellas es NGC 1300, que se muestra a continuación.
La Vía Láctea
Es la galaxia que alberga al sistema solar en uno de sus brazos espirales. Contiene entre 100 y 400 mil millones de estrellas con un tamaño estimado de entre 150 – 200 mil años luz. Forma parte del llamado Grupo Local de galaxias, junto a Andrómeda y unas 50 galaxias más, casi todas enanas.
Andrómeda
También conocida como M31, se encuentra en la constelación de Andrómeda, cercana a la de Casiopea con su reconocible forma de W. Puede verse a simple vista o con buenos prismáticos en noches claras y sin luna.
Aunque ya aparecía en los registros de los antiguos astrónomos árabes, no se supo que era una galaxia sino hasta comienzos del siglo XX, gracias a las observaciones de Edwin Hubble.
Dista unos 2.5 millones de años luz y tiene un tamaño semejante a la de la Vía Láctea, aunque se cree que es un poco más masiva. No obstante estimaciones recientes señalan que su masa es comparable a la de nuestra propia galaxia.
Andrómeda se acerca a nosotros a gran velocidad, por lo que se espera que en unos 4.5 billones de años colisione con la Vía Láctea dando origen a una gigantesca galaxia elíptica.
Galaxia del Remolino
Aparece en el catálogo de Messier como el objeto M51 y fué descubierta por el mismo Charles Messier en 1773. Se encuentra en la constelación de Canes Venatici en el cielo boreal, cercana a Bootes y a Leo, desde donde puede verse con prismáticos.
Este majestuoso objeto astronómico tiene la típica forma de galaxia en espiral y está a una distancia estimada de entre 16 y 27 millones de años luz. Posee una galaxia acompañante claramente visible en las imágenes de telescopio: la galaxia NGC 5195.