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Los brazos espirales de las galaxias

 

Los brazos espirales de las galaxias

 

La rotación diferencial

El origen de la estructura espiral de ciertas galaxias sigue siendo aún, hoy día, un tema de estudio. La primera tentativa de explicación consistía en decir que la forma espiral se debía a la rotación diferencial de la galaxia. Así, las partes internas giraban más rápidamente que las partes externas, y la estructura espiral aparecía muy naturalmente con el tiempo. Desgraciadamente, para esta explicación, los brazos habrían acabado por enrollarse sobre ellos mismos estirándose al mismo tiempo. Habrían llenado toda la galaxia en un tiempo del orden de mil millones de años, lo que es incompatible con las observaciones.

 

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La galaxia espiral barrada Messier 83, situada a 15 millones de años-luz (constelación de la Hidra). Crédito: ESO / VLT

 

Las ondas de densidad

Después, otras teorías hicieron su aparición. La primera es la de las ondas de densidad, un mecanismo sugerido por el astrónomo sueco Bertil Lindblad, en los años cuarenta, y aplicado en el modelo de las galaxias espirales por el americano Chia-Chiao Lin y Frank Shu, en 1964.

Sabemos que una onda sonora corresponde a variaciones periódicas de la presión de un gas. De modo similar, las ondas de densidad son variaciones de la concentración de materia que se propagan en la galaxia. Los brazos espirales no están vinculados a estrellas determinadas, simplemente son regiones donde la materia está temporalmente más concentrada. Así, los brazos pueden desplazarse en bloque, independientemente de la materia, lo que explica que su forma no cambia con el tiempo.

Como la densidad de materia es elevada en los brazos, el gas interestelar se encuentra allí comprimido, lo que provoca el colapso de nubes moleculares y la formación de estrellas masivas y brillantes. Al contrario, entre los brazos, se encuentran regiones de baja densidad sin estrellas masivas que son, pues, mucho menos visibles.

Esta teoría explica la existencia de brazos espirales, pero presenta dos dificultades. Primero, no explica el fenómeno que da origen a las ondas de densidad. Luego, no explica cómo las ondas de densidad se mantienen mientras que deberían tender a disiparse al cabo de algunos millones de años.

La autopropagación de la formación de estrellas

Otra teoría inicialmente propuesta por los astrónomos americanos Marco W. Mueller y W. David Arnett, en 1976, es la de la autopropagación de la formación de estrellas.

Las estrellas masivas acaban su existencia por formidables explosiones en supernova, que pueden desencadenar el colapso de nubes moleculares y, en consecuencia, la formación de nuevas estrellas masivas. Si las primeras estrellas están alineadas a lo largo de un brazo espiral, las nubes moleculares que se colapsan y las nuevas estrellas formadas también lo están. Más tarde, estas últimas estallarán, a su vez, y darán nacimiento a una nueva serie, siempre en el mismo brazo. De esta manera, la forma del brazo espiral se conserva de generación en generación de estrellas.

Obviamente, eso no explica el primer origen de la forma espiral, sino las primeras estrellas pueden muy bien aparecer en colisiones aleatorias entre nubes moleculares, y la forma espiral nacer como consecuencia de la rotación diferencial de la galaxia.

 

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La galaxia espiral NGC 1350 a 85 millones de años-luz observada por el VLT, en 2005. Crédito: ESO / VLT

 

Los dos mecanismos

¿Cuál de las dos teorías es la buena? Parece en realidad que los dos mecanismos existen, y que dan lugar a diferentes tipos de espirales. Las ondas de densidad están probablemente implicadas en las galaxias que poseen brazos espirales finos, netos y claramente definidos. Es en particular el caso en las espirales que poseen una barra central capaz de mantener el fenómeno o en las que sufrieron interacciones gravitacionales con otras galaxias. La autopropagación de la formación de estrellas sería, por su parte, más bien la causa en las galaxias que presentan brazos espirales incompletos, gruesos o mal definidos.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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