Andre van der Hoeven (Países Bajos) combinó diferentes conjuntos de datos de los archivos del telescopio espacial Hubble para crear esta impresionante imagen de la galaxia espiral Messier 77.(Crédito de la imagen: Andre van der Hoeven/NASA/ESA)
Las galaxias como la Vía Láctea no sólo tienen espirales, sino también plumas, donde nacen grupos de estrellas nuevas. Los astrónomos han estado perplejos sobre cómo se forman estas complejas estructuras, pero ahora un equipo de investigación afirma que puede haber una forma sencilla: Sólo hace falta un poco de gravedad.
Durante más de un siglo, los astrónomos se han maravillado ante la belleza y complejidad de las galaxias espirales. Las espirales de «gran diseño» más grandes pueden albergar una docena o más de brazos individuales. Pero recientemente, observaciones detalladas y de alta resolución realizadas con el telescopio espacial Hubble y el telescopio espacial James Webb han revelado que la historia es aún más compleja.
Un solo brazo puede serpentear decenas de miles de años-luz alrededor de una galaxia. Pero los astrónomos han descubierto que esos brazos están decorados por una multitud de pequeños rasgos conocidos como plumas.
Estas plumas son mucho más pequeñas que los brazos, y no alcanzan más de unos pocos miles de años-luz de longitud. Pero son excepcionalmente densas, mucho más que los brazos mayores. También albergan una intensa formación estelar. Dentro de las plumas, los astrónomos han detectado jóvenes cúmulos estelares y gigantescas aglomeraciones de hidrógeno neutro. De hecho, gran parte -y quizá la mayor parte- de la formación estelar de una galaxia tiene lugar dentro de estas plumas.
Al principio, los astrónomos pensaban que las plumas eran una característica exclusiva de las espirales de gran diseño más grandes. Pero cada vez hay más pruebas de que casi todas las galaxias espirales, incluida la Vía Láctea, albergan plumas.
¿Cómo se forman las plumas en las galaxias? A lo largo de los años han surgido debates en los que los astrónomos han propuesto diversos mecanismos para explicar cómo se forman las plumas. Las plumas son relativamente pequeñas, al menos a escala galáctica. También son numerosas. Así que se piensa que debe haber algún proceso complejo que las construya. Por ejemplo, tal vez las explosiones de supernovas dan forma a las plumas a partir de brazos en espiral, tallando en el gas como una escultura. O tal vez campos magnéticos débiles pero gigantescos se retuercen sobre sí mismos para crear las estructuras filamentosas.
Pero en un nuevo trabajo aceptado para su publicación en la revista Astronomy & Astrophysics, los astrónomos proponen algo mucho, mucho más simple: la gravedad. Sólo gravedad.
La galaxia espiral perfectamente pintoresca conocida como Messier 81, o M81, se ve nítida en esta composición de los telescopios espaciales Spitzer y Hubble de la NASA y el Galaxy Evolution Explorer de la NASA. (Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA .)
Para probar esta hipótesis, el equipo creó una galaxia simulada excepcionalmente sencilla. Esta galaxia simulada no contenía estrellas ni cúmulos de materia, ni supernovas ni campos magnéticos. Se trataba de un simple disco de gas en rotación. Después, dejaron que este disco de gas evolucionara bajo su propia gravedad para ver si aparecían plumas de forma natural.
Y así fue. En poco tiempo, los discos de gas simulados se fragmentaron en una serie de filamentos anidados que se asemejaban a las plumas observadas, sin necesidad de complejidades físicas. Esto se debe a que el disco de gas era inestable y los pequeños grumos propensos a colapsar sobre sí mismos. Esa inclinación natural, combinada con la rotación del gas, produjo pequeñas estructuras alargadas: las plumas.
A continuación, los investigadores compararon las plumas producidas en galaxias simuladas con las plumas reales observadas. Comprobaron que, en general, coincidían en tamaño, forma y densidad.
Las galaxias simuladas no se parecían en nada a las galaxias reales. Pero esa es la cuestión: Los investigadores querían examinar si la física simple -sólo la gravedad por sí misma- podía producir plumas. Parece que sí, pero la verdadera prueba consistirá en introducir (irónicamente) física más compleja en las simulaciones. Esto se debe a que elementos como las supernovas y los campos magnéticos influyen en la evolución de las galaxias espirales y podrían romper estas plumas impulsadas por la gravedad, lo que significaría que volveríamos al punto de partida.
Aun así, es una hipótesis prometedora y demuestra que la naturaleza es perfectamente capaz de utilizar la física simple para crear estructuras complejas, incluso a escalas galácticas.
