Brazos de galaxias espirales
En los dos últimos artículos hemos utilizado dos temas que pueden ser considerados pequeños detalles de la estructura de las galaxias espirales. Por la misma razón pueden ser detalles desconocidos. En esta ocasión hablamos de la misma estructura espiral. A pesar de que todavía no se han resuelto los problemas de la creación de brazos espirales y de la dinámica posterior, en los dos últimos años se han producido noticias tanto en el ámbito teórico como en el experimental, a las que nos referiremos.
B. Año anterior Elmergreen y su compañero, a través de sofisticados programas de ordenador, han estudiado la foto intensificada de la galaxia M81 para obtener una imagen de la estructura que veríamos si la galaxia estuviera enfrente. Además del M81, también han procesado fotografías de las galaxias M51 y M100. Como se verá más adelante, los resultados obtenidos con este método confirman la teoría de la onda de densidad para explicar la estabilidad de los brazos espirales. La última versión de esta teoría fue publicada en 1989, C. C. Lin, G. Bertin, S. A. Lowe y R. P. En un artículo firmado por Thurstans. Pero antes de hablar de estos últimos avances, haremos un breve análisis de la génesis y la esencia de la teoría.
El objetivo de la teoría es explicar la forma y estabilidad de los brazos espirales, ya que basándose en el movimiento de la galaxia no pueden existir tal y como los conocemos. El movimiento de giro sobre su eje de la galaxia es diferente al del sólido rígido. La velocidad angular no es la misma para todos los puntos. Salvo en las proximidades del núcleo, la velocidad angular de giro disminuye a medida que aumenta el radio. Este movimiento se denomina giro diferencial. En consecuencia, si en un momento se generase un radio formado por materias luminosas, en 200 o 300 millones de años la materia exterior daría una vuelta, pero alrededor del núcleo dos o tres. Por lo tanto, en ese tiempo estaría constituida la estructura de una galaxia espiral típica. Si tenemos en cuenta la edad de las galaxias, en ese tiempo se formaría un espiral de más de diez vueltas. Este problema se llama problema de espiral.
C. C. Lin y F. H. In fueron los que desarrollaron la primera formulación de la teoría de ondas de densidad (hace más de 25 años, B. Basada en una idea de Linblad). Según esta teoría, los brazos espirales son conjuntos de mates de alta densidad que se desplazan lentamente alrededor del núcleo. Esto no significa que la materia que genera esta alta densidad sea siempre la misma. Las estrellas y las nubes de polvo y gas llenan sus órbitas alrededor del núcleo con la velocidad correspondiente. Cuando se encuentran en este camino con un brazo, sufren una frenada y provocan un aumento de la concentración de materia.
Tras cruzar el brazo salen por la parte delantera para acelerar de nuevo y seguir el viaje. Los que vienen de atrás ocupan el lugar de las estrellas y nubes que han pasado por delante. Para entender este proceso se suele comparar con el atasco que genera un camión en carretera. El camión y la fila de coches que le persiguen van despacio, pero los coches que forman esa fila no son los mismos. Los delanteros pasan el camión y siguen adelante y por detrás llegan más coches que forman la fila.
Además de la frenada, las nubes de gas y polvo sufren una fuerte compresión al encontrarse con el brazo. Esta compresión favorece el proceso de formación de las estrellas. Si se abandona el núcleo, todas las estrellas se forman en brazos. Entre todos ellos, los tipos espectrales 0 y B son los que ponen de manifiesto la forma de los brazos, ya que gracias a su gran masa son ellos los más luminosos. La compresión que genera la masa y las elevadas temperaturas interiores hacen que las reacciones termonucleares sean más efectivas, generando altas temperaturas y luminosidad (pero también con un rápido agotamiento del combustible).
En consecuencia, tenemos estrellas de corta vida que no tienen tiempo de cruzar todo el brazo antes de apagarlas. Las estrellas de menor masa tienen una vida más larga y tienen tiempo para girar alrededor de la galaxia. El Sol, por ejemplo, nació en un cúmulo estelar hace unos 4.500 millones de años, cuando una nube de gas entró en un brazo. Desde entonces el Sol ha escapado de aquel cúmulo y ha girado alrededor del núcleo de la galaxia unas 200 vueltas cruzando cada brazo de la galaxia tantas veces. Sin duda, el efecto de las estrellas al cruzar los brazos es mucho menor que el de las nubes.
La relación entre la formación de brazos y estrellas descrita anteriormente se confirmó plenamente en los años 70. Fue entonces cuando descubrieron, a través de los radiotelescopios, las primeras nubes moleculares gigantes que estaban creando estrellas en los brazos de nuestra galaxia. Estas nubes están formadas mayoritariamente por hidrógeno molecular, pero también hay pequeñas cantidades de otras moléculas como CO y H 2 O. El hidrógeno molecular no emite radiación, pero el CO sí excita. La excitación se produce por colisiones con moléculas de H2. Por lo tanto, desde el punto de vista de la distribución del CO se pueden estudiar estas enormes nubes moleculares. Una nube que podríamos tomar como modelo podría tener una masa 10 6 veces mayor que la del Sol y probablemente se formaría al encontrarse el gas con el brazo. El 30% de la masa se encuentra en proceso de formación de estrellas.
La mejora teórica propuesta por los autores antes mencionados predice dos ondas de densidad que podrían interferir. El modelo teórico, basado en estas dos ondas y elaborado mediante ordenadores, proporciona una estructura espiral que duraría muchas vueltas para la galaxia. B. En las fotos procesadas por Elmergreen se pueden ver algunos huecos o cortes en los brazos de las galaxias. Estas discontinuidades serían consecuencia de la interferencia de la cima de una onda y del valle del otro.
En estos lugares no habría incremento de densidad, y su estrella y materia seguiría sin obstáculos dejando un hueco en el brazo de viaje. Parece ser que las sesiones de Elmergreen C. C. Confirman la teoría de Lin. Otro detalle interesante es que en las fotos se ven pequeñas bolsas de estrellas que salen o crean por los brazos. Estos serían conjuntos de estrellas desviadas por la resonancia de las ondas y su estudio permitiría a los astrónomos calcular las velocidades de ambas ondas de densidad.
Sin embargo, hay un problema fundamental que queda sin respuesta: ¿cómo surgieron esas ondas de densidad?
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