Radiografía de la Vía Láctea

Una de las misiones más ambiciosas de la Agencia Espacial Europea (ESA) es la protagonizada por la nave Gaia: su objetivo es proporcionarnos un mapa tridimensional de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Sucesora de la misión Hipparcos (activa de 1989 a 1993), desde 2013 determina las posiciones, los indicadores de distancia y los movimientos de una miríada de astros. El proyecto es de tal magnitud que ya ha cartografiado casi 1700 millones de estrellas. La exactitud de las medidas resulta increíble: por un lado, la precisión en la posición es de 300 microsegundos de arco, lo que significa situar una estrella en un mapa con un error inferior al grosor de un cabello humano visto a 30 kilómetros de distancia; por otro, Gaia mide el desplazamiento anual de una estrella en el cielo correspondiente a menos del tamaño de la cabeza de un alfiler en la Luna visto desde la Tierra.

Este observatorio espacial, situado en el punto Lagrange 2 (L 2 ), a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta, nos envía 40 gigas de datos al día. Los mareantes números ilustran la inmensidad de la Vía Láctea: esos 1700 millones de estrellas representan poco más del 1 % de la población total de astros de nuestra galaxia.

Mucho ha cambiado con el tiempo nuestra percepción de esa banda lechosa que cruza el cielo de verano. Como escribiera el astrónomo persa Nasir al-Din al-Tusi (1201–1274), la Vía Láctea “está hecha de un gran número de pequeños y abigarrados grupos de estrellas que, debido a su concentración y pequeñez, parecen como difusos trozos de tela. Es por eso que se ha comparado su color con el de la leche”. Desde que observamos el cielo, hemos visto esa bella cinta cremosa de luz con manchas de negro profundo que cruza la bóveda celeste. Para nuestros tatarabuelos, esa pluma de luz estelar –como la definió en el siglo pasado el astrónomo estadounidense Charles Whitney– era todo el universo: un sistema finito de estrellas rodeado, quizá, por un vacío sin límites. En el pasado costaba imaginar que esos otros puntos borrosos –algunos con forma de espiral– que se apreciaban por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea eran otros universos-isla mucho más distantes. El cambio de perspectiva ha sido veloz y hoy hablamos de un cosmos enorme lleno de miles de millones de galaxias.

Desde que Galileo apuntara con su telescopio a la Vía Láctea y descubriera “una gran multitud de estrellas que se presentan inmediatamente ante la vista”, el universo ha pasado de perfecto a estar en continuo cambio. En 1750, un astrónomo inglés muy religioso llamado Thomas Wright propuso que el cosmos se organizaba en una serie de círculos concéntricos con el Sol a un lado –y no en el centro– de uno de ellos. Adelantándose doscientos años a su tiempo, explicó que la banda lechosa de la Vía Láctea podía ser un efecto óptico, porque vemos el disco del universo de canto.

Pero fue el alemán William Herschel, músico y luego astrónomo autodidacta, el primero en intentar determinar observacionalmente su estructura. En el último cuarto del siglo XVIII, ya afincado en la ciudad inglesa de Bath y con la ayuda de su devota hermana Caroline, pasó muchas horas tras el ocular de su telescopio casero –de más de 6 metros de longitud y con un espejo de casi medio metro de diámetro–, haciendo lo que ha hecho el satélite Gaia: contar meticulosamente las estrellas visibles en más de seiscientas regiones del cielo. Como sabía que cuanto más débil es la luz de una estrella más lejos está, dedujo que la Vía Láctea tenía forma de lente convexa, como una lenteja. Herschel desconocía que hay nubes de gas y polvo que nos ocultan el centro galáctico, y por eso pensó que el Sol estaba cerca del centro de ese disco. Incluso dedujo el tamaño de esta lenteja: 850 veces mayor que la distancia que nos separa de la estrella más brillante del hemisferio norte, Sirio. Esto significa una extensión de unos 7400 años luz de una punta a otra, menos de la décima parte del tamaño que estimamos ahora que tiene la Vía Láctea.

Tuvimos que esperar a que apareciera el estadounidense Harlow Shapley (1885-1972), hijo de una pareja de campesinos del Medio Oeste, para destronar al Sol de su posición regia en el centro del universo conocido y desterrarlo a una localización más rural, como aquella de la que él venía. Lo hizo determinando la posición de un tipo especial de agrupaciones de estrellas, los cúmulos globulares, unos agregados de astros apretados que por el telescopio parecen bolas de nieve pelusonas. Más de un centenar de ellos se reparten por encima y por debajo del plano de la galaxia, y se hallan alrededor de un punto lejano situado en la constelación de Sagitario. El joven astrónomo aventuró que ese punto debía ser el centro de la Vía Láctea.

Sus colegas veteranos no se sintieron a gusto con las conclusiones de Shapley, pero pronto aparecieron pruebas irrefutables: en 1927, el holandés Jan Oort demostró que las estrellas de la galaxia giraban en torno a un punto situado en la dirección de la constelación de Sagitario, el mismo alrededor del cual se distribuían los cúmulos globulares de Shapley. Hubo que aceptar la posición arrabalera de nuestra estrella, a unos 26 000 años luz del centro galáctico, al que tarda en orbitar por completo entre 225 y 250 millones de años, moviéndose respecto a él a una velocidad de unos 251 km/s. Desde que aparecieron los dinosaurios, el Sol ha dado una vuelta, y se calcula que ha hecho entre veinte y veinticinco desde que se formó.

El tamaño de nuestra galaxia se ha ido ajustando según hemos obtenido medidas más precisas. Hoy aceptamos que los más de 100 000 millones de estrellas que contiene ocupan una región del espacio de unos 100 000 años luz de diámetro (950 000 billones de kilómetros) y mil años luz de grosor. Si enviáramos uno de los antiguos transbordadores espaciales de la NASA a cruzar la galaxia tardaría 4000 millones de años en hacerlo. O dicho de otra forma, si la Tierra tuviera el tamaño de un microbio, la Vía Láctea se extendería hasta los 9500 kilómetros, más o menos la distancia de Madrid a Lima. Y teniendo en cuenta que las estrellas más viejas de la galaxia tienen unos 13 400 millones de años, podemos aceptar que nuestra megalópolis cósmica ha cumplido alrededor de 13 600 millones de años. Pero no todas las estrellas han estado ahí desde siempre; se producen nacimientos todo el tiempo. Claro que la edad pasa factura: si en la juventud había verdaderos estallidos de formación de estrellas, en la actualidad la galaxia solo da a luz a algo más de siete al año.

Si pudiéramos mirar la Vía Láctea desde arriba, descubriríamos que parece una espiral, como el 77 % de las galaxias conocidas. Ahora bien, el número de brazos que posee aún se discute. En la década de los 50 del siglo pasado se creía que tenía cuatro principales, pero observaciones hechas a partir de los 80 los rebajaron a dos, el de Escudo-Centauro y el de Perseo (sus nombres aluden a las constelaciones por donde cruzan), un modelo que se confirmó en 2013 gracias al telescopio espacial de infrarrojo Spitzer, de la NASA. Pero a finales de 2014, los datos obtenidos por otro telescopio espacial infrarrojo de la agencia estadounidense, el Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE), volvieron a poner en juego el modelo de los cuatro brazos.

Al parecer, la galaxia posee los dos brazos principales antes mencionados, con mayor densidad de estrellas viejas; y otros dos menores, el de Sagitario y el de Norma, con predominio de astros jóvenes. ¿Por qué? No lo sabemos. Nuestro sol se halla en un pequeño apéndice conocido como el brazo o espuela de Orión, situado entre el de Sagitario y el de Perseo. Pero no nos engañemos: la geografía de la Vía Láctea no está aún bien establecida, y por eso son necesarias misiones como la de Gaia. Lo único que parece claro es que, tenga el número de brazos que tenga, vivimos en una galaxia espiral barrada, pues una barra de materia con una longitud de 27 000 años luz cruza su centro. Solo el 30 % de las galaxias espirales la tienen.

¿Por qué posee esta peculiar estructura? La mejor explicación es el modelo de ondas de densidad, propuesto en la década de 1960 por el astrónomo sueco Bertil Lindblad y desarrollado por sus colegas Chia Chiao Lin y Frank Shu, estadounidenses nacidos en China. Hasta entonces, los astrónomos creían que los brazos espirales de las galaxias eran materiales, esto es, compuestos por estrellas y gas que siempre estaban ahí. Esta hipótesis tenía un problema: debido a la rotación diferencial que presenta la galaxia (es decir, que las estrellas más cercanas al centro se mueven más deprisa), los brazos acabarían desapareciendo tras unas pocas órbitas.

Para resolver este inconveniente, Lindblad, Lin y Shu plantearon que los brazos no eran concentraciones fijas de materia, sino el producto de unas ondas de densidad que giran alrededor del centro galáctico a una velocidad menor que las estrellas y las nubes de gas. En esencia funcionan como un atasco en una autopista: los coches (las estrellas) se desplazan a 120 km/h, pero cuando llegan al atasco aminoran su velocidad y la adaptan a la del embotellamiento (onda de densidad), lo que hace que aumente el número de vehículos en un espacio determinado (la densidad estelar). Una vez superada la aglomeración , los coches (estrellas) recuperan su ritmo anterior.

Pero no solo el disco galáctico reta la capacidad explicativa de los astrofísicos: su centro resulta todavía más misterioso. Si una noche de verano clara y sin Luna miramos hacia el este, donde la Vía Láctea corta el horizonte, estaremos contemplando el corazón de esta. Situado en la constelación de Sagitario, se encuentra oculto tras una impenetrable niebla de gas y polvo interestelar. Tales nubes, de varios años luz de tamaño, son una especie de alambique cósmico que destila moléculas complejas que jamás soñamos que podrían encontrarse en el frío espacio. Gracias a reacciones químicas que se llevan produciendo millones de años, los radioastrónomos han encontrado no solo el amoniaco que tenemos debajo del fregadero, sino también el acetileno de los soldadores, el antiséptico formaldehído, alcohol suficiente para llenar más de mil cuatrillones de botellas de whisky, azúcar (más concretamente glicolaldehído)... y así hasta 120 tipos de moléculas.

Si nos acercamos al núcleo galáctico, veremos una actividad frenética. Allí nacen más estrellas que en el arrabal donde vivimos, y las más masivas expulsan sus capas exteriores en forma de temibles vientos. Mientras, ondas de choque supersónicas, producto de la gigantesca explosión con la que mueren estrellas de masa varias veces superior a la del Sol, se escuchan por toda la región. Es un espectáculo que nadie se esperaba en los años 70, cuando Bart J. Bok, el astrónomo holandés-estadounidense especializado en la Vía Láctea, a quien gustaba describirse como “el guardián nocturno de la galaxia”, estaba bastante seguro de todo lo que sucedía en ella. Fueron la llegada de la radioastronomía y la astronomía infrarroja las que nos mostraron esa nueva visión de nuestro bullicioso centro galáctico.

Uno de los centros de investigación que ha contribuido a levantar el velo que oculta sus misterios está a 80 kilómetros al oeste de la ciudad de Socorro, en Nuevo México. Después de cruzar un paisaje desolado y tras subir por un cambio de rasante de la carretera 60, encontraremos allí una plantación de antenas de 25 metros de diámetro cada una, dispuesta sobre el antiguo lecho de un lago. Es el observatorio radioastronómico Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), y sus 27 platos se mueven al unísono siguiendo las consignas de la Jefa, el potente ordenador a cargo de su orientación.

Estas radiorejas solo captan dos emisoras: la del gas caliente al que la radiación de alguno de los numerosos enjambres de estrellas de la región central de la Vía Láctea ha arrancado parte de sus electrones; y la de los propios electrones, que se mueven a altas velocidades por culpa del campo magnético existente allí, bastante más intenso que el del resto de la galaxia, pero 500 veces más débil que el de la Tierra. No son emisoras demasiado melodiosas: suenan como vapor saliendo de un radiador.

Cerca del centro galáctico, la radiación gamma –que podemos crear en los reactores nucleares– inunda el espacio con una energía 250 000 veces mayor que la de la luz visible. Proviene de la aniquilación de un electrón con su gemelo de antimateria, el positrón, a un ritmo inconcebible: cada segundo se consumen diez mil millones de toneladas de antimateria. Semejante monstruo ha sido bautizado como el Gran Aniquilador, aunque su nombre de catálogo resulta bastante menos poético, 1E 1740.7-2942. Es probable que esa factoría de antimateria sea un agujero negro que, oculto tras una enorme nube de gas, emite en direcciones opuestas dos géiseres de materia de cinco años luz de longitud. Pero el Gran Aniquilador no está en el núcleo de la galaxia, sino muy cerca: a 350 años luz.

Moverse por el centro de nuestra ciudad cósmica, un espacio de 400 por 900 años luz llamado Sagitario A, es como hacerlo por una megalópolis. Está densamente poblado de estrellas y nubes de gas que se mueven a tres millones y medio de kilómetros por hora. Además de llevar esa velocidad endiablada, tienen una temperatura de 10 millones de grados centígrados, lo que hace que el gas emita gran cantidad de rayos X. Gracias al observatorio de rayos X Chandra de la NASA, lanzado al espacio en 1999 y aún activo, se han identificado en Sagitario A casi mil fuentes de rayos X, en su mayoría objetos como enanas blancas, estrellas de neutrones, agujeros negros y nubes de gas muy calientes.

Alrededor también se distinguen, como burbujas de cava galácticas, los restos de supernovas que explotaron hace tiempo, y dos zonas de formación estelar, Sagitario B1 y B2. Y si desviamos un poco la mirada descubriremos IRS 16, un grupo de unas doce estrellas que iluminan con su luz azulada los alrededores y que constituyen un verdadero misterio: son jóvenes, entre 3 y 7 millones de años, y están apretujadas en un espacio de uno o dos años luz. A primera vista parecen estrellas, pero resultan demasiado grandes y brillantes. ¿Qué son? No se sabe. Otro enigma son unas extrañas nubes de gas que, de alguna manera, se resisten a la intensa gravedad del núcleo galáctico. La historia comienza en 2012, con lo que parecía ser una nube de gas bautizada con el anodino nombre de G2 y de aproximadamente tres veces la masa de la Tierra. Cuando pasó a poco más de cinco veces la distancia del Sol a Plutón del agujero negro que hay en el centro de la galaxia, los astrónomos esperaban que se destrozaría. Para su sorpresa, el misterioso objeto sobrevivió. Y para añadir más leña al fuego, más tarde se dieron cuenta de que otra nube similar, G1, descubierta en 2004, había pasado aún más cerca del agujero negro y siguió como si nada.

Astrónomos de la Universidad de California y del Instituto de Astrofísica de Andalucía han identificado otros tres objetos de este tipo gracias al observatorio W. M. Keck de Hawái: los han denominado G3, G4 y G5. La hipótesis que barajan ahora es que no son nubes, sino estrellas rodeadas por una capa de gas: quizá se hincharon al encontrarse cerca del agujero negro, pero como sus núcleos son lo suficientemente masivos, la gravedad no llegó a quebrarlos. Otros apuntan a que aparecieron tras una fusión de estrellas... Cómo llegaron ahí y en qué se convertirán es una incógnita por responder.

Enterrado en Sagitario A hallamos el verdadero núcleo de la galaxia, Sagitario A*, una potentísima fuente de ondas de radio que corresponde a un superagujero negro con una masa cuatro millones de veces mayor que la del Sol, comprimida en un volumen de un tamaño menor que el de la órbita terrestre al astro rey. Si la X marca el lugar donde está enterrado el tesoro, los superagujeros negros indican dónde se encuentra el centro de las galaxias. A veces Sagitario A* se descuelga con destellos de rayos X como los detectados el 5 de enero de 2015, cuatrocientas veces más brillantes de lo habitual; o con los registrados en 2019 en el rango del infrarrojo. No se sabe qué los causó: unos astrónomos piensan que los de 2015 pudieron deberse a la caída hacia el agujero negro de un asteroide, otros que fueron por un acoplamiento de las líneas de campo magnético con los chorros de gas que se dirigen hacia él. En el caso de 2019, las cosas son aún más raras: algunos señalan que podrían haber sido una reacción tardía del agujero negro al acercamiento de G2 unos años antes.

De ese centro brotan también, como en una fuente, dos chorros de materia hacia arriba y hacia abajo del plano galáctico, que se enfrían a medida que caen hacia el disco, en los barrios exteriores de la Vía Láctea. Esta lluvia de materia influye en lo que sucederá con la galaxia: como en las civilizaciones de antaño, la capital del imperio decide el futuro del resto.

Si estos son los misterios que nos acechan en el núcleo, las afueras no se quedan cortas: allí nos encontramos con dos filamentos de estrellas y gas. El más conocido es la corriente de Sagitario, que rodea la Vía Láctea en órbita polar. Pero lo más fascinante es su origen: se supone que es un producto del canibalismo. Bellamente formada, grande y simétrica, nuestra galaxia parece un producto acabado, pero en los últimos años hemos descubierto que no es así. Sigue recogiendo material cósmico: engulle pequeñas y débiles galaxias que se aventuran en las cercanías y se arriesgan a caer en su pozo gravitacional. De hecho, una de las teorías más en boga es que las galaxias como la Vía Láctea crecieron gracias a una lenta pero continua labor de recolección de otras más pequeñas. El proceso permanece activo, pero a un ritmo más lento. Un ejemplo dramático es la pequeña galaxia enana esferoidal de Sagitario, que está cayendo sobre el disco de la nuestra, afortunadamente al otro lado de donde nos encontramos. Fue descubierta por accidente en 1994, y su masa supone un 1 % de la de la Vía Láctea. Hoy sabemos que la gravedad de esta la va estirando como un pastelero hace con su masa. De hecho, astrónomos del Instituto de Astrofísica de Canarias descubrieron hace unos años parte de los escombros del fenómeno, a poco más de 18 000 años luz del centro de la Vía Láctea.

Por si este festín fuera poco, Omega Centauri, el cúmulo globular de mayor tamaño y más brillante de la galaxia que nos acoge, no es lo que parece ser, un conjunto arracimado de unas 10 millones de estrellas viejas que se formaron al mismo tiempo que la Vía Láctea, sino lo que queda del corazón de una galaxia enana que devoramos hace mucho tiempo. Del mismo modo, se cree que la galaxia enana del Can Mayor, que contiene mil millones de estrellas y está situada a unos 25 000 años luz de distancia del Sistema Solar y a 42 000 del centro galáctico, forma parte de este larguísimo bufé libre con el que la Vía Láctea va creciendo y engordando. ¿Terminará alguna vez esta comilona intergaláctica? No, al menos en los próximos 4500 millones de años. Llegado ese momento, la Gran Galaxia de Andrómeda, M31, y la nuestra se fundirán en un prolongado y profundo abrazo cósmico.