Formación y evolución de las galaxias

Colisión frontal entre dos galaxias vista desde el telescopio espacial Hubble de la NASA de la galaxia Lenticular.

La formación de galaxias es una de las áreas de investigación más activas de la astrofísica, y en cierto sentido, esto también se aplica a la evolución de las galaxias. Sin embargo, hay algunas ideas que ya están ampliamente aceptadas.

Actualmente, se piensa que la formación de galaxias procede directamente de las teorías de formación de estructuras, formadas como resultado de las débiles fluctuaciones cuánticas en el despertar del Big Bang. Las simulaciones de N-cuerpos también han podido predecir los tipos de estructuras, las morfologías y la distribución de galaxias que observamos hoy en nuestro Universo actual y, examinando las galaxias distantes, en el Universo primigenio. Las galaxias contienen más de 100 000 billones de estrellas, conteniendo el sol. Tienen más de 10 000 años luz lejos de la tierra.

Preguntas fundamentales

En astrofísica, las preguntas sobre la formación y evolución de las galaxias son:

  • ¿cómo se ha generado un universo tan heterogéneo a partir de un universo homogéneo?
  • ¿cómo se formaron las galaxias?
  • ¿cómo cambian las galaxias con el tiempo?

Después del Big Bang, el universo tuvo un periodo en el que fue muy homogéneo. Tal como se observa en la radiación de fondo de microondas, las fluctuaciones son menores que una parte en cien mil.

La teoría más aceptada es que las estructuras que observamos hoy en día se formaron como consecuencia del crecimiento de fluctuaciones primordiales debido a la inestabilidad gravitacional. Las fluctuaciones primogenias causaron que los gases fueran atraídos hacia áreas de material más denso, jerárquicamente se formaron los supercúmulos, las agrupaciones galácticas, las galaxias, los cúmulos estelares y las estrellas. Una consecuencia de este modelo es que la localización de las galaxias indican áreas de alta densidad del universo primigenio. Así, la distribución de las galaxias está íntimamente relacionada con la física del Universo primigenio

Datos recientes aportan evidencias de que las primeras galaxias se formaron mucho más temprano de los que los astrónomos preveían, tan solo 600 millones de años después del Big Bang. Esto deja poco tiempo para que las pequeñas inestabilidades primordiales crezcan lo suficiente para que las protogalaxias formen galaxias.

Buena parte de los esfuerzos de investigación están centrados en los componentes de nuestra propia Vía Láctea, ya que es la galaxia más fácil de observar. Las observaciones que necesitan explicación, o al menos ser compatibles, en una teoría de la evolución galáctica son:

  • el disco estelar es muy fino, denso y rota;
  • el halo estelar es grande, disperso y no rota (o incluso tiene una pequeña retrogradación), sin subestructura aparente;
  • las estrellas del halo son por lo general mucho más viejas y tienen una menor metalicidad que los discos estelares (aquí se observa una correlación, pero no hay una conexión directa entre estos datos).
  • algunos astrónomos han identificado una población intermedia de estrellas, llamadas "población II intermedia". Si ésta es una población distinta, entonces se describirían como de baja metalicidad (pero no tan pobres como las estrellas del halo), viejas (pero no tan viejas como las estrellas del halo) y orbitan muy cerca del disco;
  • los cúmulos globulares son en general viejos y de baja metalicidad, pero hay algunos que no tienen tan baja metalicidad como la mayoría, y/o que tienen estrellas más jóvenes. Algunas estrellas en los cúmulos globulares parecen ser tan viejas como el propio universo (utilizando métodos y análisis totalmente diferentes);
  • en cada cúmulo globular, todas las estrellas nacen aproximadamente al mismo tiempo (excepto en algunos pocos cúmulos globulares que muestran múltiples épocas de formación estelar);
  • los cúmulos globulares de órbitas más cortas (más cercanas al centro galáctico) tienen orbitas de baja inclinación con respecto al disco y menos excéntricas; mientras que los que tienen órbitas más alejadas orbitan en cualquier inclinación y con órbitas más excéntricas;
  • las nubes de alta velocidad, nubes de hidrógeno neutro "llueven" en la galaxia, y presumiblemente lo han hecho desde el comienzo (estas serían la fuente de gas del disco, de la que se han formado las estrellas del disco).

El 11 de julio de 2007, utilizando el telescopio de 10 metros Keck II en Mauna Kea, Richard Ellis del Inistituto Tecnológico de Califoria en Pasedena y su equipo encontraron seis galaxias con formación estelar a unos 13 200 millones de años luz y, por tanto, creadas cuando el universo solo tenía 500 millones de años.[1]

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