CÚMULOS
DE GALAXIAS
Existe,
en la naturaleza, la tendencia a que los objetos de cierta clase se agrupen
entre sí para formar unidades de una nueva clase de orden superior. En el mundo
inanimado, las partículas elementales se agrupan para formar átomos, éstos se
agrupan para formar moléculas y así sucesivamente hasta formar estrellas,
galaxias y cúmulos de galaxias. En ambos extremos de esta cadena se encuentran
los límites del
conocimiento (se piensa que las partículas subatómicas están formadas por
cantidades llamadas cuarks y, por otro lado, que los cúmulos de galaxias estén
agrupados en asociaciones aún mayores llamados supercúmulos). En el justo medio
de esta jerarquía, desde las partículas elementales hasta los cúmulos de
galaxias, nos encontramos los seres humanos.
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Figura 8. Galaxia Seyfert. La diferencia entre las tres imágenes es el tiempo
de exposición. Para el más corto de los tiempos de exposición, sólo se ve el
núcleo brillante como una estrella azul; no se
distinguen otras componentes de la galaxia como brazos espirales.
Nuestra ubicación en el Universo no es en modo alguno privilegiada: vivimos
sobre un pequeño planeta que gira alrededor de una estrella insignificante, el
Sol, una entre miles de millones de estrellas de la Vía Láctea, una entre miles
de millones de galaxias.
Cada uno de los átomos que forman nuestro cuerpo fueron hechos en el interior
de alguna estrella. Al explotar la estrella que originó la formación de nuestro
Sistema Solar, arrojó al medio interestelar el oxígeno, carbono y demás
elementosnecesarios para la vida. La naturaleza ordenó esos átomos de manera
maravillosa en moléculas y células, creando finalmente un prodigio: el hombre,
un ser capaz de plantearse la pregunta de cuál es su lugar en el Universo.
Pero volvamos a la Vía Láctea. Las 20 galaxias más cercanas a ella forman un
grupo ligado gravitacionalmente, llamado el Grupo Local. En el Grupo Local hay
dos grandes galaxias espirales: la Vía Láctea y Andrómeda. Hay otras dos
galaxias espirales: M33 y Maffei 1, la segunda fue descubierta apenas
recientemente (1968) por Paolo Maffei ya que se encuentra en la dirección del plano
galáctico oculta por grandes concentraciones de polvo. Los miembros más
pequeños del Grupo Local son los más numerosos: 4 galaxias irregulares y 12
elípticas enanas. El grupo abarca una extensión en el espacio de
aproximadamente 3 millones de años luz de diámetro, con una masa total de 5 x10
11 M O. (quinientas mil millones de veces la masa del Sol), casi toda
concentrada en Andrómeda y la Vía Láctea.
Por lo menos la mitad de las galaxias, y probablemente todas, se encuentran en
agrupaciones —o cúmulos— de algún tipo. Algunos de estos cúmulos son grupos
pequeños y sueltos como
el Grupo Local, en tanto que otros son mucho mayores más compactos. De los
cúmulos grandes, el más cercano es el cúmulo de Virgo, que lleva el nombre de
la constelación detrás de la cual se observa. Es importante no confundirlo con
las estrellas que forman la constelación de Virgo, que se encuentran dentro de
nuestra galaxia. El cúmulo de Virgocuenta con más de 1 000 galaxias y se
encuentra a una distancia de aproximadamente 60 millones de años luz. A esa
distancia no es posible observar estrellas variables, así que la distancia se
determina por la luminosidad aparente de estrellas y nubes de gas gigantes.
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Figura 9. Cúmulo de galaxias en Coma.
El cúmulo de Virgo es un cúmulo enorme que ocupa unos 11° en el cielo. La
galaxia más brillante del
cúmulo, llamada Virgo A (M87), es una galaxia elíptica gigante. Es muy común
encontrar este tipo de galaxias cerca de los centros de los grandes cúmulos.
Probablemente se han vuelto gigantes por estar precisamente en el centro, donde
ejercen la mayor atracción gravitacional sobre el gas intergaláctico del cual
se pueden 'alimentar' (es decir, irlo incorporando a la galaxia).
Incluso se piensa que puede haber 'canibalismo', es decir, que estas
grandes galaxias centrales vayan incorporando a sí mismas otras galaxias
cercanas más pequeñas. Junto con las galaxias Seyfert, estas galaxias elípticas
gigantes, cuyas masas son aproximadamente cien veces la masa de nuestra galaxia
—y muy en particular Virgo A— ocuparán nuestra atención más adelante.
El cúmulo de Virgo es un ejemplo de un cúmulo rico irregular. Su estructura es
muy compleja, con varias subcondensaciones de galaxias.
Hasta una distancia de 70 millones de años luz, hay varios miles de galaxias.
Muchas de ellas están agrupadas en el cúmulo de Virgo y otros cúmulos más
pequeños como
el Grupo Local. Más allá de estos 70 millones de años luz, elnúmero de galaxias
disminuye drásticamente hasta llegar a una distancia mucho mayor. Muchos
astrónomos piensan que este conjunto de cúmulos de galaxias forman un cúmulo de
cúmulos o supercúmulo, el Supercúmulo Local, de galaxias, cuyo diámetro sería
de unos 250 millones de años luz.
El cúmulo rico de forma regular más cercano es el de Coma (Figura 9), en la
dirección de la constelación de Coma Berenice, a 450 millones de años luz
(fuera del
Supercúmulo Local). En este cúmulo pueden distinguirse unas mil galaxias, a
pesar de su enorme distancia. Las más luminosas, como
siempre, son dos elípticas gigantes cercanas al centro del cúmulo.
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Figura 10. Efecto Doppler. Vemos las ondas electromagnéticas emitidas por una
fuente que se mueve hacia la izquierda. Los números indican las posiciones
sucesivas de la fuente al emitir y las correspondientes posiciones de las
crestas de las ondas que se mueven hacia afuera. La radiación recibida por el
observador de la izquierda está corrida al azul porque el movimiento de la
fuente hacia él comprime las ondas disminuyendo su longitud (aumentando su
frecuencia). La radiación recibida por el observador a la derecha está corrida
al rojo debido a que el movimiento de la fuente que se aleja de él espacia las
ondas aumentando su longitud (o disminuyendo su frecuencia). El observador
situado en medio sólo vería corrimiento si la velocidad de la fuente fuese
relativista (cercana a la velocidad de la luz).
Existe un catálogo de cúmulos ricos de galaxias —recopilado porGeorge Abell—
que contiene casi 3 000 cúmulos. Los más lejanos se encuentran a distancias de
unos 4 000 millones de años luz. El volumen total del espacio que ocupan es de 5 x l014 (500
billones) de veces el que ocupa nuestra galaxia. Recordemos que hace apenas
algo más de medio siglo se pensaba que nuestra galaxia era todo el Universo.
Conforme penetramos más y más lejos en las profundidades del espacio intergaláctico, la luz
proveniente de las galaxias de los cúmulos distantes se observa cada vez más
roja, indicando que éstos se mueven alejándose de nuestra galaxia. El
enrojecimiento de la luz debido al alejamiento entre la fuente luminosa y el
observador, se conoce como
efecto Doppler, y se debe al cambio de longitud de onda observada (Figura 10).
El hecho de que todos los cúmulos se alejen de nuestra galaxia, no significa
que ésta sea el centro de dicho movimiento; lo
que sucede es que los cúmulos se alejan todos unos de los otros como resultado de la
expansión del Universo (Figura 11). La expansión cósmica es una propiedad del
Universo que predijeron las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, y
que fue confirmada observacionalmente por Hubble y Humason alrededor del año 1930. Hubble
encontró que la velocidad con que se aleja un cúmulo (o una galaxia de éste) y
su distancia están correlacionadas: mientras más lejos se encuentra el cúmulo,
mayor es su velocidad de recesión, y por tanto, mayor será el corrimiento al
rojo de la luz de sus galaxias. Esta correlación se conoce como la ley de Hubble. Para
medir ladistancia a una galaxia en un cúmulo distante se puede medir su
corrimiento al rojo y la ley de Hubble nos dará la distancia.
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Figura 11. Un pastel de pasas se infla en el horno. Al irse inflando la masa,
la distancia entre las pasas va aumentando. Cada pasa se aleja de las demás con
una velocidad que aumenta con su distancia a las demás. Evidentemente no
podemos decir que ninguna pasa sea el
centro de esa expansión. La expansión del Universo es
análoga a la de este pastel, con cúmulos de galaxias en lugar de pasas.
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Figura 12. El encuentro cercano entre dos galaxias produce perturbaciones en la
distribución del
gas debidas a las fuerzas de marea. Se han usado negativos para aumentar la
nitidez de los filamentos gaseosos.
Todas las galaxias pertenecientes a un cúmulo distante comparten la misma
velocidad de recesión, que es la velocidad con que el cúmulo se aleja de
nosotros debido a la expansión del Universo. Sin embargo, dentro del cúmulo, las galaxias
se mueven unas con respecto de otras en todas direcciones, produciéndose, en
ocasiones, interacciones entre ellas. Estas interacciones pueden ir desde
encuentros más o menos cercanos hasta choques entre galaxias.
Los espacios entre las estrellas de una galaxia son tan grandes que, cuando dos
galaxias chocan, prácticamente 'se atraviesan' una a la otra (como si fuesen fantasmas)
sin que haya choques entre sus respectivas estrellas. Lo que se ve enormemente
afectado por el choque es el gas —y el polvo— interestelar de ambas galaxias.
Auncuando una galaxia pasa muy cerca de otra, las fuerzas de marea entre ellas
pueden perturbar notablemente la distribución del gas (Figura 12).
