El jueves pasado vimos un poco acerca del tema de formación de galaxias. A continuación les dejo un poco más de información:
La historia de las galaxias ha sido una serie de preconcepciones que han ido cayendo una tras otra, y los más recientes trabajos sobre el tema sugieren que las ciencias que se articulan para su estudio pueden esperar todavía más.
El origen y desarrollo de las galaxias es una cuestión bastante compleja que, a su vez, genera uno de los problemas que se enfrenta la teoría del Big Bang. Observamos un universo contemporáneo muy poco homogéneo y de aspecto granulado. Existen grandes variaciones entre las temperaturas del cosmos: el fondo del cielo está a 2,7º K, mientras que ciertos núcleos estelares alcanzan varios miles de millones de grados. Todo esto no refleja la situación del universo primigenio. El cocimiento primitivo es de que éste era extremadamente isotermo. De ello nacen una multiplicidad de interrogantes. La primera que se me viene es ¿Cómo pasó el universo del anterior estado homogéneo al actual observado muy poco homogéneo? ¿Cómo es que se fueron formando las galaxias en medio de la cazuela primigenia o primordial? ¿Por qué se formó la grumocidad que se observa en el espacio primario?
En el marco de la teoría del Big Bang, las semillas de las galaxias fueron sembradas cuando tiempo, espacio, energía y materia estallaron en una gran explosión hace unos 15.000 millones de años. El universo hoy, se encuentra en partes cubierto por grande acumulaciones de gases o estrellas, como si flotaran dentro de un espacio de apariencias oscuras, y que se encuentran flojamente unidas por la fuerza de la gravedad. Fue de esas crisálidas cósmicas --llamadas protogalaxias-- de donde han emergido las bellas galaxias que hoy observamos. Exactamente cómo fueron formadas las protogalaxias es uno de los debates siempre presentes.
Una de las explicaciones para la formación de las protogalaxias nace de una consecuencia rigurosa con la física. Esta nos indica que es la gravedad el principal actor para que se formen esos objetos en el espacio. Un grumo primordial genera una atracción. La materia de sus alrededores reacciona juntándose aumentando su masa e incrementando la gravedad. Este proceso se amplifica por sí mismo, al igual como se comporta una bola de nieve cuando se desprende en caída desde los altos de una montaña. Así habrían nacido las galaxias del cielo y, si se quiere, con agujeros negros incluidos en sus núcleos centrales. A este modelo de explicación sobre el origen de las galaxias se le suele llamar «modelo de jerarquía gravitacional».
En el proceso que hemos descrito para el embrionaje de las galaxias en el universo es necesario hacer una precisión. No existía ninguna posibilidad de que aquello se pudiese haber llevado a cabo si la materia hubiese sido absolutamente homogénea, ya que cada partícula, atraída de igual manera por todas las que la rodean, permanece en el estado inicial. Pero ello cambia, cuando la materia incrementa levemente su densidad por sobre el medio circundante, lo que hace que se genere un proceso de atracción y, de ahí, a la constitución de las protogalaxias.
Pensemos que la materia primigenia haya albergado pequeñas fluctuaciones de densidad (espacios donde la densidad es un poco más elevada que la media). Aquellos espacios más densos, en consecuencia, con una mayor gravedad, atraen a la materia circundante. Ésta, primero se les aproxima y, luego se les une, lo que incrementa sus volúmenes de densidad como asimismo sus capacidades de atracción. Se trataría de un efecto semejante al de la «bola de nieve», en el cual los espacios más densos vacían progresivamente las regiones más livianas, acentuando continuamente los contrastes de densidad de la masa de la material primigenia. Serían los causantes del nacimiento de todas las grandes estructuras que cohabitan el universo.
En principio, esta idea aparece bastante encajable, ya que entrega una explicación adecuada para la generación de las galaxias en el espacio intergaláctico y, por ende, también la aparición de las estrellas en las galaxias. Pero hay un problema… Cómo se genera en el universo primigenio espacios de inhomogeneidades más densos. Se trata, por ahora, de un problema sin recursos para enfrentarlo.
Otra de las tesis sobre el origen de las galaxias que también se estudia con el objetivo de arribar a una conclusión es la que se denomina el «modelo panqueque», desarrollado en Moscú a comienzos de la década de 1970 por Y. B. Zel'dovich, A. G. Doroshkevich y otros. En este modelo, los primeros cúmulos irregulares de masa que comenzaban a formarse eran muy grandes y, por supuesto, había muchos. A medida que se enfriaban iban colapsando bajo su propio peso, y la desintegración tendía a ser más rápida en una dirección. El resultado sería un delgado panqueque de gas, que luego se dividiría en múltiples fragmentos, cada uno de los cuales constituiría una galaxia individual. En esta imagen, las galaxias tenderían a estar distribuidas en capas, siguiendo la forma de su nube de gas materna.
La tesis de la jerarquía gravitacional es un modelo de abajo hacia arriba para la formación de estructuras cósmicas, en que primero se forman pequeños cúmulos irregulares de materia que van creciendo cada vez más. En el modelo del panqueque, por el contrario, primero se forman grandes condensados de materia que luego se dividen en estructuras más pequeñas. En otras palabras, primero galaxias y después cúmulos o primero cúmulos y después galaxias.
El modelo del Big Bang supone que la gravedad es la fuerza principal para determinar la evolución y la estructura del universo. Y la opinión convencional sostiene que la gravedad produce por sí misma rasgos que varían con fluidez en las localizaciones de las masas, con anchos, alturas y profundidades comparables para cualquier agrupamiento de galaxias. Según esta perspectiva, se necesitan otros fenómenos físicos o condiciones iniciales especiales para obtener características definidas en la distribución de la masa, como las cuerdas o las capas delgadas de galaxias.
A través de simulaciones computacionales se demuestra que las características definidas pueden en efecto presentarse si las inhomogeneidades iniciales son suficientemente pronunciadas en fragmentos pequeños y distancias breves. Lo anterior, dio cabida para desarrollar otra versión del modelo de jerarquía gravitacional, a través de la utilización de varios millones de puntos de masa, a la cual se ha denominado «modelo de la materia oscura fría».
El modelo de la materia oscura fría, que intenta explicar la formación de galaxias y otras estructuras de gran escala, se basa en el modelo del universo inflacionario (lo veremos en una sesión posterior), que exige que W sea igual a 1 y que especifica las inhomogeneidades iniciales en el universo recién creado. El nombre del modelo proviene del supuesto que las partículas de materia oscura -cualquiera sea su naturaleza- se desplazan lentamente, es decir están frías, y por ello son fácilmente desviadas por la gravedad.
Sin embargo, las observaciones no han sido un buen aliado de este modelo, ya que de ellas se extraen más de un argumento como para dudar de su viabilidad. Del catastro confeccionado sobre unas dos mil galaxias en el cual se combinan la información del desplazamiento al rojo, la posición tridimensional y una amplia cobertura del cielo, se infiere la existencia de más aglomeraciones de galaxias en escalas que superan por 30 millones de años luz lo que puede explicar el modelo de la materia oscura fría. Estas observaciones de inhomogeneidades sustanciales en gran escala vienen a ratificar trabajos anteriores de descubrimientos de cúmulos de galaxias a escalas de varios cientos de millones de años luz, que muestran mayor acumulación que la que podría explicar el modelo de la materia oscura fría. También el descubrimientos de El Gran Atractor, comprende inhomogeneidades de masa en escalas para las que el modelo de la materia oscura fría ya no es válido. Considerando todas estas observaciones, es legítimo pensar que este modelo está hoy en serias dificultades.
Otro enfoque nuevo sobre el origen de las galaxias es aquel que sitúa a los agujeros negros como responsables de la formación de éstas en el universo, es lo último que circula dentro del ámbito de las ciencias del cosmos. Como partida para formular esta nueva idea se retoma, en parte, la hipótesis sobre la posible existencia de agujeros negros en el núcleo de las radiogalaxias y de conjeturas que se pueden extraer de los estudios y análisis de las últimas observaciones que se han realizado a los quásares que se han podido ubicar en el cielo. En la conferencia N° 189, celebrada en enero de 1997, de la Asociación Astronómica Americana, un grupo de científico planteó que los gérmenes de las galaxias no nacen simultáneamente, en un pasado de 15.000 millones de años, a partir de un misteriosa explosión de energía concentrada en un punto infinitesimal de la nada. Consideran que el hecho de haber concitado una aceptación mayoritaria el origen del universo a partir de un átomo primigenio sólo ha servido para opacar controversias más racionales, como el porqué de ese estallido o hasta dónde era fiable tan rotunda perspectiva. Para ellos, los gérmenes de formación de galaxias corresponden a una recreación de formación continua y que no se cocinaron todos de golpe en una fragua cósmica de hidrógeno y helio. Su formación se debería a un proceso prácticamente permanente pero con chispazos dispares, como ocasionales chisporroteos de un leño ardiente o explosiones aleatorias semejantes a la de los fuegos de artificio. Ello explicaría la distinta densidad que se observa en las galaxias y la factibilidad de que exista un masivo agujero negro, casi, en cada núcleo de los centros de cada una de ellas. Pero esta propuesta va más allá de una nueva explicación para la formación de las galaxias. En efecto, ella conlleva más de una implicancia cosmológica. Calculan que esta versión explicativa, que es parte de otras propugnaciones que conforman una versión alternativa al «viejo Big Bang», abarcó un período de miles de millones de años, un tiempo tan extenso como la mitad de la edad que se ha estimado para el universo en función del modelo del Big Bang.
Las evidencias más serias sobre la posible existencia de los agujeros negros se han encontrado en el centro de nuestra propia Vía Láctea. En efecto, los astrónomos alemanes Andrea Eckart y Reinhard Genzel del Instituto de física Max Planck, en octubre de 1996, anunciaron que habían registrado una seria evidencia sobre la posibilidad de la existencia de un agujero negro en el centro del núcleo de la galaxia. Un equipo de astrónomos liderados por Genzel monitoreó los movimientos de 39 estrellas cercanas al núcleo galáctico con el objeto de estudiar cual era la naturaleza de sus movimientos que desarrollaban alrededor del centro de la galaxia. El equipo logró determinar que esas 39 estrellas comportaban un movimientos circular entorno al núcleo de la galaxia, lo que invita a pensar en la existencia de un objeto tremendamente masivo en el centro. Si las órbitas que describen esas estrellas fueran irregulares, entonces estaríamos pensando en la existencia de un objeto central de características poco masivas. El comportamiento gravitatorio de esas 39 estrellas, permite determinar que éstas orbitan un objeto de una masa aproximada de 2,5 millones de veces mayor que el Sol.
Por otra parte, recientes observaciones astronómicas permiten pensar de que se estaría confirmando la creencia de que los quásares son un fenómeno transitorio que le ocurre al núcleo, la parte central, de alguna galaxia, que los lleva a aumentar tremendamente su luminosidad, superando ampliamente a la de la galaxia entera. Se cree que por colisiones estelares y aglomeraciones de materia en el centro mismo de la galaxia, se puede ir condensando materia en gran cantidad, y que llegado el caso, la fuerza gravitatoria de ella no puede ser equilibrada con ninguna fuerza conocida en el universo y ese objeto masivo del núcleo colapsa para formar un agujero negro.
En esta idea sobre los quásares, podemos concluir que éstos, entonces, formarían una notable población de galaxias en germinación o ya en un estado de jóvenes y que, por las observaciones, se encuentran ubicados a centenares de millones, incluso miles de millones de años luz de la Tierra. No existen en las proximidades de nuestra galaxia. Muy por el contrario, cuanto más distante miramos, más quásares encontramos. El máximo de su población se sitúa entre diez y catorce mil millones de años luz. Los vemos tal como se presentaban en un período en que el universo sólo tenía el 20% de la edad que estimamos en función del modelo del Big Bang.
Pero las observaciones también nos indican que, más allá de catorce mil millones de años luz, su población decrece rápidamente. Parece que los quásares fueran una fase juvenil de la evolución de ciertas galaxias. Se encienden y brillan con todo su resplandor, y se van extinguiendo cuando las galaxias envejecen.
Lo anterior conlleva consecuencias cosmológicas importantes. Implica que todas estas galaxias-quásares nacieron al mismo tiempo, poco después del Big Bang, sino cómo se podría explicar que ellas sean observadas, únicamente, dentro de los límites precisos de distancias cósmicas y que lo que hoy observamos de ellas es parte de una historia determinada por las distancias. Estas conclusiones no nos separan del Big Bang, muy por el contrario, se encuentran en plena consecuencia con esa teoría y son pruebas convincentes de ella.
Para esta nueva hipótesis, el valor científico de los agujeros negros parece residir en que su estudio permitiría saber cómo se formaron (y se forman) las galaxias, pero además entregarían antecedentes importantes para comprender la historia del cosmos. "Cuando lleguemos a conocer los agujeros negros, comprenderemos el origen del mismísimo universo", han señalado los astrónomos Mitchell Begelman, de Estados Unidos, y sir Martin Rees, de Gran Bretaña. Sostienen esta afirmación indicando que "los agujeros negros demuestran que la fuerza de gravedad es la mayor de todas las fuerzas cósmicas" y asumen la clasificación de estos objetos en dos grupos como ha señalado el Dr. Douglas Richstone, de la Universidad de Michigan : los galácticos, cuya masa podría equivaler a 3.000 millones de soles insertos en un reducido espacio no mayor que el que ocupa nuestro sistema planetario, y los estelares, muy pequeños, de unos pocos kilómetros de diámetro. Estos últimos serían los más fáciles de captar y, por tanto, los que más servirían para esclarecer cómo nacen, viven y mueren las estrellas. En cuanto a los grandes agujeros negros, ocultos en el centro de las galaxias, su forma detectada de actuar daría cabida para pensar en una preeminencia de ellos dentro de todo el proceso estelar del universo, dado el tremendo poder que demuestran.
Pero, de todas manera, es necesario reconocer que el origen de las galaxias presenta dificultades al modelo del Big Bang. Una de ellas se refiere al poco tiempo que ha transcurrido para que se hayan formado toda la inmensa cantidad de cúmulos galácticos que somos capaces de observar.
No se tienen buenas explicaciones como para describir la razones que dan origen a que la materia galáctica se pueda condensar dentro de un medio que se expande
Finalmente, si nos ceñimos a lo que hemos descrito aquí, entonces tenemos que concluir que el efecto gravitatorio por sí solo no es suficiente, ya que sería muy lento. Otro factor debe de intervenir para acelerar el proceso. Pero, ¿cuál puede ser?
Les recordamos que el Club de Astronomía: Astropatos, se lleva a cabo cada jueves a las 20:00 hrs en el observatorio de ingeniería de la Universidad Autónoma.
Los Esperamos y Hasta la próxima
