El tapete mágico

La alfombra mágica sobre la que volamos

Carlos Velázquez
Resumen
Aunque desde hace más de 50 años sabemos que nuestra galaxia no es
perfectamente plana sino ondulada, un grupo de investigadores del
Istituto Nazionale di Astrofisica de Italia y el Max-Planck-Institut de
Astronomía de Alemania utilizó recientemente los datos obtenidos por la
sonda espacial Gaia para descubrir un hecho sorprendente: la
ondulación se está moviendo a una velocidad mucho mayor de lo
esperado. Este y muchos otros descubrimientos están cambiando la
visión que teníamos de nuestra galaxia.
Palabras clave: Vía Láctea, Galaxias, materia obscura, Sonda Gaia.

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La alfombra mágica sobre la que volamos / CIENCIORAMA

Junio de 2020

Los universos islas
Nuestro entendimiento acerca del universo ha aumentado más durante
los últimos 100 años que durante toda la historia previa de la
humanidad. De hecho Einstein propuso su teoría general de la
relatividad cinco años antes de que la comunidad científica aceptara sin
lugar a dudas la existencia de los universos islas o galaxias, como las
conocemos hoy en día. Esto último ocurrió hace exactamente un siglo, o
sea apenas en 1920.

Figura 1. La cantidad de galaxias en el universo visible ronda alrededor de los
2’000,000’000,000.

Desde entonces nuestro entendimiento de estas sorprendentes
estructuras, compuestas por miles de millones de estrellas, se ha
incrementado de una manera exponencial. Tan sólo 16 años después del
establecimiento de la identidad de las galaxias, Edwin Hubble, con base
en las ideas de George Lemaitre, presentó los resultados de sus

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observaciones en los que concluía que entre más distante se encuentra
una galaxia de nosotros, más rápidamente se aleja. Esto se conoce
como la Ley de Hubble-Lemaitre, y más tarde llevaría a la inevitable
conclusión de la existencia de un evento de expansión dramática en la
edad más temprana del universo conocido como Big Bang.

Universo fotogénico
La explosiva expansión de nuestro conocimiento sobre universo durante
este último siglo ha ido de la mano de una revolución tecnológica
constante. Desde la instalación de telescopios en tierra cada vez más
poderosos, como los que le permitieron a Hubble realizar sus
investigaciones, hasta la creación de los primeros satélites y poco
después los primeros aparatos científicos de observación desde el
espacio, el aumento de nuestra capacidad de observación ha obligado a
los científicos a repensar y replantear sus ideas constantemente.

El hecho es que la cantidad de objetos en nuestro universo es
sobrecogedora. Se calcula, ya que es imposible hacer un conteo
riguroso, que la cantidad de galaxias en el universo observable es de
alrededor de 2 billones, o sea ¡un 2 seguido de 12 ceros! Pero esta gran
abundancia no nos debe dar la falsa sensación de que por este hecho las
galaxias son pequeñas, de hecho son tan grandes, que aun un objeto
que pudiera viajar a la velocidad de la luz ¡tardaría unos 100 000 años
en recorrer de punta a punta el disco luminoso de una galaxia típica
como la nuestra! En otras palabras, cuando observamos una galaxia, lo
que vemos es una imagen que cambia su apariencia tan poco a poco,
que para todo propósito práctico las podemos pensar como fotografías,
imágenes inalterables de una realidad que está ocurriendo a distancias
inalcanzables.

Pero a pesar de esto, tenemos una buena idea de cómo es que las
galaxias evolucionan a medida que pasa el tiempo ¿Cómo es esto
posible? Bueno, podemos pensarlo de esta manera: si jamás hubiéramos
visto un caballo, pero de repente alguien nos proporcionara cientos de
miles de fotos de caballos haciendo cosas muy distintas, incluso si en

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cada foto hubiera un caballo diferente podríamos empezar a clasificar
estas fotos de acuerdo a lo que están haciendo y podríamos comenzar a
figurarnos cuál es el comportamiento de un caballo típico. Podríamos por
ejemplo juntar todas las fotos donde hay caballos corriendo y tratar de
deducir alguna sucesión lógica de imágenes hasta llegar a tener una
idea más o menos clara de cómo corre un caballo. Con las galaxias pasa
algo parecido: juntando las observaciones que tenemos de galaxias
parecidas, pero que están en momentos ligeramente distintos de su
vida, podemos hacernos una idea de cómo es que una galaxia existe
desde que se forma hasta que llega a sus últimos días de vida.
Materia obscura, canibalismo y alfombras torcidas
Actuando de esta manera hemos llegado a saber tanto sobre las
galaxias que es imposible resumirlo en un libro, y menos aún en un
artículo, pero sí podemos mencionar algunas de las cosas más básicas y
sorprendentes de ellas. Quizá una de las principales es que hoy en día
sabemos que la mayor parte de la materia que las compone, alrededor
del 90%, es invisible y no es del mismo tipo que la materia que nos
constituye a nosotros. A esta materia de identidad desconocida, pero
que tiene efectos dinámicos claros, se le conoce como materia oscura, y
según nuestros modelos actuales, la materia oscura, aunque está en
toda la galaxia se concentra en mayor medida en una especie de esfera
que la envuelve y que conocemos como halo galáctico.

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Figura 2. Utilizando las imágenes de varias galaxias podemos reconstruir la forma en
que evolucionan a lo largo del tiempo, y gracias a ello sabemos que la colisión entre

galaxias es parte normal de su vida.

Otro de los hechos recurrentes en la vida de las galaxias es su
interacción con otras galaxias cercanas. Es más, hoy en día pensamos
que el proceso normal de formación de una galaxia incluye "engullir"
galaxias cercanas más pequeñas, y ocasionalmente colisionar con otras
galaxias de tamaño similar, como de hecho le ocurrirá a nuestra propia
galaxia, que estará en un franco proceso de colisión con la galaxia de
Andrómeda dentro de unos 4,000 millones de años.

Sin embargo, una de las características que más ha intrigado a los
astrónomos es que muchas de las galaxias que observamos no son
perfectamente planas, sino que están onduladas. Esto se descubrió por

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primera vez en nuestra propia galaxia a finales de la década de 1950.
Desde entonces se ha observado en muchas otras galaxias, y al tratar
de explicarlo se han suscitado intensos debates, ya que una
perturbación que se extiende a lo largo de toda una galaxia resulta difícil
de explicar.

Pero como hemos dicho, aunque nuestro conocimiento acerca de las
galaxias y el universo en general se ha ido incrementando
constantemente, se basa en observaciones de millones de eventos
"congelados" en el tiempo, y no fue sino hasta hace menos de una
década que la humanidad envió al espacio el primer aparato que tiene la
capacidad de hacer un seguimiento del recorrido de las órbitas de las
estrellas de nuestra galaxia tan detallado como para revelarnos su
dinámica a gran escala; nos referimos a la Sonda Espacial Gaia.

Del Big Bang al Big Data en la astronomía: Gaia
La Agencia Espacial Europea creó la Sonda Espacial Gaia y la lanzó al
espacio desde la Guyana Francesa el 19 de diciembre de 2013. Gaia es
la sucesora de la misión Hiparcos, un satélite que operó entre 1989 y
1993, y gracias al cual fue posible compilar un catálogo de alta precisión
con más de 2.5 millones de estrellas de nuestra galaxia.

Aunque Hiparcos tuvo logros notables, las capacidades de Gaia lo
superan por mucho, ya que sus medidas pueden ser hasta 200 veces
más precisas. Puede observar hasta 10,000 veces más objetos y al
hacerlo genera hasta 100,000 veces más datos que su predecesor. Se
estima que Gaia será capaz de hacer mediciones de alta precisión de la
trayectoria, intensidad luminosa y composición química de ¡alrededor
del 1% de todas las estrellas de nuestra galaxia! Aunque este porcentaje
puede sonar a poco, esto significa estudiar alrededor de ¡1,700’000,000
de estrellas!

Develando el misterio
Gaia ya ha hecho dos cortes de caja de sus observaciones o dos
liberaciones de datos, como suelen decir los astrónomos. La segunda

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liberación se publicó el 25 de abril de 2018, y fue precisamente con esos
datos que el grupo de investigación liderado por la Dra. Eloisa Poggio del
Istituto Nazionale di Astrofisica de Italia, notó muchas características
hasta antes desconocidas de la ondulación de nuestra galaxia.
Para empezar, pudieron comprobar que las observaciones que Gaia no
son compatibles con las suposiciones que se habían hecho hasta ahora
que tienden a decirnos que la ondulación de nuestra galaxia es
prácticamente estática. Recordemos que hasta ahora sólo teníamos
imágenes "congeladas" del comportamiento de las galaxias, y por lo
tanto no era descabellado suponer que este tipo de estructuras podían
ser una característica estable de las galaxias, como lo son sus brazos
espirales o sus bulbos centrales.

Figura 3. La Sonda Espacial Gaia tiene la capacidad de trazar de manera precisa el
movimiento de alrededor de mil setecientos millones de estrellas en nuestra galaxia, o

alrededor del 1% del total de estrellas de nuestra galaxia.

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Tras este primer descubrimiento se ensayaron varios modelos
matemáticos para tratar de simular la evolución temporal de la
ondulación galáctica; y finalmente, tras varios intentos, se encontró uno
que describía de forma óptima los movimientos estelares observados
por Gaia. Sin embargo, este modelo mostró algo desconcertante: la
ondulación de nuestra galaxia se mueve a una velocidad
extremadamente alta, claro, pensando en los tiempos típicos de
evolución de las galaxias.

Figura 4. Con ayuda de Gaia se ha descubierto que la ondulación de nuestra galaxia
tiene una dinámica muy diferente a lo que anteriormente se creía, y está posiblemente

originada por su colisión con una galaxia satélite.
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Para darnos una idea de lo que esto significa podemos pensar en
nuestro propio sistema solar. El Sol, como todas las estrellas de nuestra
galaxia, está rotando alrededor del centro galáctico, y se ha calculado
que le tomará alrededor de unos 200 millones de años dar una vuelta
completa a la Vía Láctea. Por otra parte, basados en su modelo, Poggio y
su grupo estimaron que la ondulación de nuestra galaxia tardará entre
600 y 700 millones de años en completar una vuelta. Esto quiere decir
que aunque la velocidad con la que se mueve la ondulación es menor
que la velocidad angular con la que se desplaza una estrella típica de
nuestra galaxia como el Sol, de todas maneras resultan ser cantidades
comparables, ya que nuestra estrella habrá dado tan sólo unas 3 o 4
vueltas alrededor de la galaxia cuando la ondulación logre hacer un
recorrido completo. Por si no lo habías notado, esto también quiere decir
que para nuestro sistema solar la galaxia se parece más a una alfombra
voladora que también tiene ondulaciones que la recorren, y no sólo a un
aburrido disco girando.

Regresando al tema, la velocidad con la que la ondulación de la galaxia
se desplaza es importante, ya que según la mayoría de las teorías que
se tenían al respecto, la velocidad con la que las ondulaciones se
moverían sería mucho menor, y esto plantea un nuevo problema:¿qué
fenómeno puede explicar este comportamiento?

Para ahondar un poco más en esta cuestión, vale la pena decir que
hasta ahora los científicos habían pensado que el origen de las
ondulaciones de las galaxias se encontraba en la forma en que la
materia oscura se distribuye alrededor de las galaxias, y al hacer las
simulaciones convenientes siempre se habían obtenido velocidades
sustancialmente menores, o para ponerlo de otra forma, las
ondulaciones aparecían como características prácticamente estables de
las galaxias. Sin embargo, una velocidad tan alta como la recién
descubierta debe ser ocasionada por algo más, y aunque todavía no
puede asegurarse cuál es la causa definitiva, Poggio y su grupo tienen la

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hipótesis de que la ondulación de la Vía Láctea es resultado de la
interacción con otra galaxia más pequeña en proceso de colisión con
nuestra galaxia.

Aunque esto pueda sonar descabellado, los "choques galácticos" como
ya dijimos más arriba son una parte natural de la evolución de las
galaxias y de hecho sabemos que la Vía Láctea está acompañada de
galaxias más pequeñas que la orbitan como satélites y que
eventualmente terminarán integrando sus estrellas, gases y materia
obscura a nuestra galaxia. Con los datos que se tienen hasta ahora es
imposible asegurar o descartar esta hipótesis, pero también es cierto
que hay un sospechoso número 1 a investigar: la galaxia enana elíptica
de Sagitario. Esta galaxia está en un proceso activo de colisión con la
Vía Láctea, y por muy sorprendente que pueda parecer, no fue
descubierta sino hasta 1994.

Pero, por favor, no vayamos a pensar en las colisiones galácticas como
apocalipsis ya que se encuentran muy lejos de serlo. Las distancias que
hay entre las estrellas que componen a las galaxias hacen que cuando
éstas se combinan, no ocurran jamás choques entre estrellas. Esto sería
tan raro como el hecho de que dos balas colisionaran entre ellas.

Gaia para rato
Como podemos ver, la astronomía, al igual que todas las demás
ciencias, está haciendo constantemente nuevos descubrimientos y
revelando hechos sorprendentes que enriquecen nuestra visión del
universo en el que vivimos, y esto seguirá ocurriendo en la misma
medida en la que todos apoyemos la construcción de la ciencia. En el
caso de Gaia, aunque su tiempo preestablecido de servicio ya ha
acabado, ya que su planeación original contemplaba que funcionaría
hasta el 25 de julio de 2019, afortunadamente sigue en excelentes
condiciones y seguirá por un buen rato dándonos más información y
sorpresas.

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Así que, a partir de ahora puedes decirle con toda la razón del mundo a
todo el que te lo pregunte que nuestra galaxia es la ondulante alfombra
mágica sobre la que volamos.

Bibliografía

E. Poggio, R. Drimmel, R. Andrae, C.A.L. Bailer-Jones, M. Fouesneau, M.G. Lattanzi
R.L. Smart & A. Spagna. Evidence of a dynamically evolving Galactic warp. Nature
Astronomy, vol. 4, 590–596(2020).
E. Poggio. The wobbling Milky Way. Astronomy community Nature, Behind the Paper.
https://astronomycommunity.nature.com/badges/580-nature-astronomy/posts/61166-
the-wobbling-milky-way
van Werden, H. Warping and Thickness of Galactic Gas Layers. The Large-Scale
Characteristics of the Galaxy; 501-510. IAU, 1979.
Kerr, F. J. A Magellanic effect on the galaxy. The Astronomical Journal, 1957.

Figuras

Imagen inicial: https://scitechdaily.com/a-galactic-collision-warped-the-milky-way/
Figura 1: https://apod.nasa.gov/apod/image/1107/abell426_franke_1800.jpg
Figura 2:
https://pages.uoregon.edu/jimbrau/BrauImNew/Chap25/6th/25_20Figure-F.jpg
Figura 3:
http://www.esa.int/Space_in_Member_States/Spain/Gaia_-_Dosier_de_Prensa
Figura 4: https://www.latimes.com/projects/milky-way-galaxy-warped-like-an-s/

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