Galaxias espirales y sus brazos

Las galaxias espirales son algunos de los residentes más hermosos y fotogénicos del Universo. Nuestra propia Vía Láctea es una espiral. El Sistema Solar y la Tierra residen en algún lugar cerca de uno de sus brazos filamentosos. Y casi el 70% de las galaxias más cercanas a la Vía Láctea son espirales.

Pero a pesar de su forma común, la forma en que las galaxias como la nuestra adoptan y mantienen sus brazos característicos ha resultado ser un rompecabezas persistente en astrofísica. ¿Cómo surgieron los brazos de las galaxias espirales? ¿Cambian o aparecen y desaparecen con el paso del tiempo?
Las respuestas a estas y otras preguntas están esclareciéndose ahora que los investigadores sacan provecho a nuevas y potentes simulaciones por computador para seguir los movimientos de hasta 100 millones de “partículas estelares” a medida que la gravedad y otras fuerzas astrofísicas las esculpen en formas galácticas familiares. Un equipo de investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison y del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica informó de simulaciones que parecen resolver antiguas preguntas acerca del origen e historia de la vida de los brazos espirales en los discos de las galaxias.
“Demostramos por primera vez que los brazos espirales estelares no son rasgos transitorios, como se afirmó durante varias décadas”, dice la astrofísica de la Universidad de Wisconsin-Madison Elena D’Onghia, quien dirigió la nueva investigación con sus colegas Mark Vogelsberger y Lars Hernquist del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica.
“Los brazos espirales se perpetúan a sí mismos, son constantes, y de vida sorprendentemente larga”, añade Vogelsberger.

Esta imagen y la animación de vídeo a continuación muestra una simulación de la formación de brazos en las galaxias espirales. La simulación fue realizada por UW-Madison astrofísico Elena D'Onghia, quien dirigió la nueva investigación en el área, junto con Harvard-Smithsoniano para Astrofísica colegas Marcos Vogelsberger y Lars Hernquist. Las visualizaciones han sido creados por Thiago Ize y Chris Johnson de la Universidad de Computación Científica de Utah e Imagen Instituto.

El origen y destino de los emblemáticos brazos espirales de los discos galácticos ha sido debatido por los astrofísicos durante décadas, con dos teorías predominantes. Una sostiene que los brazos aparecen y desaparecen con el paso del tiempo. Una segunda y ampliamente difundida es que el material que compone los brazos –estrellas, gas y polvo- es afectado por las diferencias de gravedad e impide, como automóviles en hora punta, mantener los brazos durante periodos largos.
Los nuevos resultados se encuentran en medio de las dos teorías y sugieren que los brazos surgen en primer lugar como resultado de la influencia de nubes moleculares gigantes; regiones de formación estelar o guarderías, que son comunes en las galaxias. Al introducirlas en la simulación, las nubes actúan como “perturbadores” y son suficiente no solo para iniciar la formación de los brazos espirales, sino también para mantenerlos indefinidamente.
“Descubrimos que las nubes moleculares forman brazos espirales”, explica D’Onghia. “La teoría anterior sostenía que los brazos se desvanecían si se eliminaban las perturbaciones, pero vemos que (una vez formados) los brazos se autoperpetúan, incluso cuando las perturbaciones son eliminadas. Esto demuestra que una vez que los brazos se generan por medio de estas nubes, pueden existir por su cuenta gracias a la gravedad, incluso en el extremo de que las perturbaciones ya no existan”.
El nuevo estudio modeló discos de galaxias aislados, aquellos que no son influenciados por otra galaxia u objeto cercano. Algunos estudios recientes han explorado la probabilidad de que las galaxias espirales con un vecino cercano (una galaxia enana cercana, por ejemplo) adquieren sus brazos cuando la gravedad de la galaxia satélite tira del disco de su vecina.
Según Vogelsberger y Hernquist, las nuevas simulaciones pueden ser usadas para reinterpretar los datos observacionales, observando las nubes moleculares de alta densidad y así también los agujeros negros inducidos gravitatoriamente en el espacio como los mecanismos que impulsan la formación de los brazos característicos de las galaxias espirales.

Referencia: UW-Madison