Stellar Systems Group

Hace años, un astrónomo me explicaba la dificultad de comprender el Universo: “no te puedes meter la totalidad en el bolsillo porque tú y tu bolsillo forman parte de esa totalidad”, argumentaba. Y en el caso de nuestra galaxia, la Vía Láctea, ese argumento parece cobrar aún más peso, porque la posición del Sistema solar determina nuestra perspectiva. Lo que hemos conseguido averiguar sobre nuestra galaxia indica que, a pesar de las dificultades, la batalla no está perdida, pero queda mucho, mucho, por aclarar. Para abordar esas cuestiones abiertas se ha diseñado la misión Gaia (ESA), que se lanzará en 2013 y que proporcionará información sobre la historia de la formación estelar y sobre la distribución de la materia en la Vía Láctea. Esta semana, científicos de todo el mundo se reúnen en Granada para debatir sobre las posibilidades que esos datos abrirán en el estudio de la galaxia, y que aportarán luz sobre los problemas pendientes.

Panorámica del plano de la Vía Láctea.  Fuente: ESO

Lo que sabemos de nuestra galaxia
La Vía Láctea es una galaxia espiral que forma parte del cúmulo de galaxias llamado Grupo Local. Presenta tres componentes básicos: una zona esférica central, o bulbo, compuesto por estrellas viejas y con un movimiento complejo; girando alrededor del bulbo se halla el disco, un enorme conjunto de estrellas tanto jóvenes como viejas, gas y polvo, que gira de forma ordenada con órbitas casi circulares; posee una estructura en forma de brazos espirales y proporciona casi toda la luz de la Galaxia. Se trata de un sistema complejo formado, al menos, por dos subsistemas: un disco fino y uno grueso. El primero es representativo de la población más joven de la Galaxia y muestra una velocidad de rotación alta. El disco grueso, al igual que la zona externa de un huracán, rota más despacio alrededor del centro; se compone de estrellas ligeramente más viejas y presenta una densidad menor.

Hemos hablado de estrellas jóvenes y viejas, lo que guarda relación con su contenido en metales o elementos pesados (todos menos el hidrógeno y helio): al principio el Universo estaba compuesto, grosso modo, de un 75% de hidrógeno y un 25% de helio. Los demás elementos han sido generados en los núcleos de las estrellas y dispersados por el medio en las explosiones de supernova, que enriquecen el gas que engendrará más estrellas. De este modo, las estrellas más viejas presentarán una composición similar a la del Universo primigenio mientras que las pertenecientes a generaciones posteriores tendrán un mayor contenido metálico.
La diferenciación de las poblaciones estelares no solo muestra la estructura actual de la Vía Láctea, sino que también ayuda a desentrañar su pasado.

Cómo fue y qué será de ella
Existen, principalmente, dos teorías que explican la formación de la Galaxia: el modelo «tranquilo» y el modelo «violento»; aunque se concibieron de forma aislada, hoy día se reconoce que el modelo que mejor explica las observaciones participa de los dos. El primero atribuye el nacimiento de la Vía Láctea a una gran nube de gas y polvo en rotación que, mientras va formando estrellas, colapsa y origina las diferentes componentes que vemos hoy día; este modelo plantea una exigencia: cuanto más viejas son las estrellas (o menos metales poseen), más alejadas han de hallarse del centro, donde prosiguen los procesos de formación. Esta correlación se probó cierta, aunque gracias a una sesgada selección de los objetos observados.
Este modelo «tranquilo», propuesto en 1962, gozó de la aceptación general durante más de treinta años, hasta que la mejora de las tecnologías desveló una realidad más compleja: la Vía Láctea no es un sistema aislado, sino que interacciona con sus vecinos del Grupo Local y, más aún, no se formó al comienzo del Universo y evoluciona plácidamente, sino que todavía está en construcción y participa en algunos fenómenos violentos. Los astrónomos sospechaban que su origen estuvo marcado por la fusión de varias galaxias enanas, lo que coincide con el modelo cosmológico actual que defiende una formación del Universo de pequeño a grande, donde las estructuras a gran escala se generan a partir de la agrupación de objetos menores.

Problemas: faltan “ladrillos” galácticos
Uno de los problemas que los astrónomos manejan hoy día reside en la aparente contradicción entre la teoría de formación de galaxias y la observación de la Vía Láctea. Según la teoría del Big Bang, hace 13.700 millones de años toda la materia y energía del Universo estaba comprimida en un punto infinitamente denso y pequeño que experimentó una violenta expansión, origen del tiempo, el espacio y todas las agrupaciones de materia. Las galaxias que hoy vemos tienen su origen en los pequeñísimos grumos de materia que los astrónomos han detectado en el Universo primigenio (cuando apenas tenía 300.000 años) pero, comparando la imagen actual y el pasado remoto, parece que los miles de millones de años que han transcurrido no son suficientes para que se formen estructuras tan grandes como las que vemos. Hacía falta un aglutinante, y se recurrió a la materia oscura –un tipo de materia que no podemos ver pero que sí tiene efectos gravitatorios- para dibujar un nuevo escenario: se supone que al principio la materia oscura y la “normal” (la que vemos) se hallaban en equilibrio pero, como la primera tiene unas propiedades de interacción diferentes a la segunda, empieza a agruparse mucho antes; así, la materia normal tiene el camino preparado y cae sobre los grumos ya formados.
A partir de este planteamiento se han desarrollado dos modelos en función de los distintos tipos de materia oscura posibles, la caliente y la fría, que dan lugar a dos historias de la formación de galaxias totalmente distintas. Mientras que con la primera se desarrolla el Universo de grande a pequeño, donde las primeras estructuras, los supercúmulos de galaxias, irían desgajándose para formar galaxias, estrellas, etc, en el caso de la materia oscura fría (el modelo aceptado hoy día) se impone un proceso de agrupamiento jerárquico, donde las estructuras a gran escala se generan a partir de la agrupación de objetos menores.
Así, se cree que las grandes galaxias como la nuestra deben haberse formado mediante la fusión de galaxias más pequeñas y, por lo tanto, la Vía Láctea debería hallarse rodeada de centenares de galaxias menores, o galaxias enanas. Y no es así: apenas se han detectado un par de docenas hasta la fecha. Ante esta contradicción se han propuesto soluciones diversas, como errores de base en la teoría, incapacidad tecnológica para observar estas galaxias enanas o un carácter especial de las mismas: podría tratarse de galaxias muy poco luminosas, compuestas en su mayor parte por materia oscura, e incluso carentes de estrellas. Y también se ha propuesto que esos “ladrillos” que formaron las galaxias mayores no fueron galaxias enanas, sino cúmulos globulares de estrellas.

Ante la duda, los cúmulos
De hecho, los cúmulos globulares constituyen una herramienta fundamental para comprender nuestra galaxia. La importancia de estas densas poblaciones estelares radica, entre otras cosas, en su edad, ya que se formaron en las primeras etapas del Universo. Así, el estudio de los cúmulos globulares ha permitido obtener una estimación de la edad de la Vía Láctea, cuyas primeras estrellas se formaron al poco de terminar la “era oscura” (una etapa de unos 200 millones de años después del Big Bang en la que aún no había estrellas).
Y es que aunque la Vía Láctea es más que ese “conglomerado de estrellas” al que aludía Galileo Galilei en la obra de Bertolt Brecht, el estudio de las agrupaciones estelares, tanto los cúmulos globulares viejos como los cúmulos abiertos (mucho menos densos y muy jóvenes) o lo que se conoce como asociaciones estelares (de unión débil y poco duraderas), se ha revelado como un eficaz camino hacia el conocimiento de la estructura, evolución y características de nuestra galaxia. Esas agrupaciones estelares serán las protagonistas del congreso que se celebra esta semana en Granada, y que pretende llegar a un acuerdo sobre cómo exprimir los datos que la misión Gaia proporcionará a la comunidad científica cuando entre en funcionamiento.