Así descubrimos cómo era la Vía Láctea, nuestra ciudad cósmica

Entender cómo es la ciudad cósmica en la que vivimos ha sido difícil, y todavía aún todavía desconocemos aspectos claves. Pero de una cosa parece que estamos seguros: vivimos en una galaxia espiral barrada.

 

Una de las misiones espaciales de la Agencia Espacial Europea más ambiciosas es Gaia, que tiene por objeto proporcionarnos un mapa tridimensional de nuestra Galaxia, la Vía Láctea. Desde 2013 se dedica a determinar posiciones, indicadores de distancia y movimientos de más de mil millones de estrellas. La misión es de tal calado que desde que comenzó hay cerca de 400 millones de estrellas que sabemos que están ahí fuera por primera vez. La exactitud de las medidas es 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 a la anchura de un cabello humano visto a 30 km de distancia; por otro, Gaia es capaz de medir el desplazamiento anual de una estrella en el cielo que corresponde a menos del tamaño de la cabeza de un alfiler en la Luna visto desde la Tierra.

Durante estos años este observatorio espacial ha realizado cientos de miles de millones de medidas estelares, enviando a la Tierra cada día 40 gigas de datos. Los números pueden llegar a marearnos, pero nos hablan de la inmensidad de la Vía Láctea: esos mil millones de estrellas representan tan solo el 1% de la población total de la Galaxia.

Historia de la Vía Láctea

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 la leche”. Durante siglos la Vía Láctea ha sido un hermoso elemento fijo del firmamento, una cinta cremosa de luz con manchas de negro profundo que cruzaba la bóveda celeste. Para nuestros tatarabuelos esa “pluma de luz estelar” -como la definió el astrónomo Charles Whitney-, era todo el universo: un sistema finito de estrellas rodeado, quizá, por un vacío sin límites. En el siglo XIX era difícil de imaginar que esos otros puntos borrosos, algunos con forma espiral, que se podían observar por encima y debajo del plano de la Vía Láctea eran otros “universos-isla” mucho más distantes. El cambio de perspectiva ha sido veloz y hoy hablamos con facilidad de un cosmos enorme lleno de miles de millones de galaxias.

Desde que Galileo apuntara con su telescopio a la Vía Láctea descubriendo “una gran multitud de estrellas que se presentan inmediatamente ante la vista”, el universo ha pasado de ser perfecto a estar en continuo cambio y evolución. En 1750 un inglés muy religioso llamado Thomas Wright propuso que el universo estaba organizado en una serie de círculos concéntricos con el Sol a un lado, no en el centro, de uno de ellos. Adelantándose 200 años, explicó que la banda lechosa de la Vía Láctea podía ser un efecto óptico porque observamos el disco del universo de canto.

Pero fue el príncipe de la astronomía del siglo XVIII, el autodidacta William Herschel, el primero en intentar determinar observacionalmente su estructura. 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 un espejo de casi medio metro de diámetro- haciendo lo que ha hecho el satélite Gaia: contar meticulosamente las estrellas visibles en más de 600 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. Ahora bien, Herschel desconocía que existen nubes de gas y polvo que nos ocultan el centro, y por eso pensó que el Sol se encontraba 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 un tamaño de 7 400 años-luz, algo menos de la décima parte de la extensión que ahora estimamos tiene la Vía Láctea.

Tuvimos que esperar a que apareciera Howard Shapley, hijo de una pareja de campesinos del Medio Oeste norteamericano, 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 venía Shapley. Lo hizo determinando la posición de un tipo especial de agrupaciones de estrellas, los cúmulos globulares, unos agregados de estrellas redondos y apretados que a través del telescopio tienen el aspecto de bolas de nieve pelusonas. Más de un centenar de ellos está repartidos por encima y debajo del plano de la galaxia, y se encuentran colocados 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. Evidentemente, los astrónomos no se sintieron muy a gusto con las conclusiones de Shapley, pero con el tiempo no quedó más remedio que aceptar la posición arrabalera de nuestro Sol, a unos 30 000 años-luz del centro, que se desplaza a unos 40 km/s y tarda en dar una vuelta completa 240 millones de años. Esto quiere decir que desde el tiempo en que los dinosaurios dominaban la Tierra, el Sol tan solo ha completado entre 18 y 20 vueltas. En esta escala de tiempo nuestra estrella acaba de cumplir la mayoría de edad, 18,4 años galácticos, y el universo, 61.

Vía Láctea. Formación de estrellas
Vía Láctea. Formación de estrellas

Cuestión de tamaño

El tamaño de nuestra Galaxia se ha ido ajustando a medida que 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 km) y 1 000 de grosor. Si enviáramos el antiguo transbordador espacial a cruzar la galaxia tardaría 4 000 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 9 500 km, más o menos la distancia de Madrid a Lima. Y teniendo en cuenta que las estrellas más viejas descubiertas de la Galaxia tiene una edad de unos 13 400 millones de años, podemos aceptar que nuestra ciudad cósmica lleva vividos 13 600 millones de años. Pero no todas las estrellas han estado ahí desde siempre, sino que se producen nuevos 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 7 estrellas por año.

Brazos galácticos en discusión

Si pudiéramos ver la Galaxia desde arriba descubriríamos que se trata de una espiral, como es el 77% de las galaxias del universo. Ahora bien, el número de brazos que posee es algo que está aún en discusión. En la década de los 50 se creía que tenía 4 brazos, pero observaciones realizadas a partir de los años 1980 los rebajaron a 2, el de Escudo-Centauro y el de Perseo (sus nombres están referidos a las constelaciones por donde cruzan), un modelo que se confirmó en 2013 gracias a las observaciones realizadas por el telescopio espacial infrarrojo Spitzer. Pero un año más tarde, a finales de 2014, los datos obtenidos por el también telescopio espacial infrarrojo Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) volvieron a poner en juego el modelo de los cuatro brazos. Al parecer, nuestra galaxia posee los dos brazos antes mencionados hechos de estrellas viejas y otros dos, el de Sagitario y el de Norma-Cisne, con estrellas jóvenes. Porqué es así es algo que todavía no tiene explicación. Nuestro Sol se encuentra en un pequeño apéndice conocido como el brazo de Orión, situado entre el de Sagitario y el de Perseo. Pero no nos engañemos, la geografía de la Vía Láctea no es algo que se tenga bien establecido. Lo único que parece estar claro es que, tenga el número de brazos que tenga, vivimos en una galaxia espiral barrada, pues una “barra” de materia cruza su centro con una longitud de 27 000 años-luz. Sólo el 30% de las galaxias espirales la tienen.

¿Por qué posee esta peculiar estructura espiral? La mejor explicación que poseemos es el modelo de onda de densidad, propuesto en la década de 1960 por el sueco Bertil Lindblad y desarrollado por los asiático-estadounidenses Chia Chiao Lin y Frank Shu. Hasta entonces los astrónomos creían que los brazos espirales de las galaxias era materiales, esto es, compuestos por estrellas y gas que siempre estaban ahí. Sin embargo, esta hipótesis tenía un grave problema: debido a la rotación diferencial que presenta la galaxia (esto es, 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 dan vueltas 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 (estrellas) se muevan a 120 km/h pero cuando llegan a él, reducen su velocidad adaptándose a la del embotellamiento (onda de densidad), lo que hace que aumente el número de coches (la densidad de estrellas). Una vez superado, los coches (estrellas) vuelven a recuperar su velocidad anterior.

Referencias

Croswell, K. (1996) The Alchemy of the Heavens, Anchor

Overbye, D. (1992) Corazones solitarios en el Cosmos, Salvat

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Astrofísico y doctor en física teórica. Miembro del Comité Editorial de Muy Interesante, es autor de catorce libros, más de 300 artículos y creador de una treintena de proyectos de divulgación científica. Es colaborador habitual en prensa, radio y televisión, y consultor para exposiciones temporales y museos.

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