Curiosidades

Si casi toda la masa de una galaxia estuviera donde está casi toda la luz —en el centro—, las estrellas exteriores deberían orbitar más despacio, igual que Neptuno se mueve más despacio que Mercurio. Rubin y Ford, con un espectrógrafo de tubo de imagen construido por él, midieron la velocidad de rotación de M31 a distintos radios y encontraron una curva plana: las estrellas del borde iban tan rápido como las interiores.

La conclusión es que hay mucha más masa de la que se ve, distribuida en un halo extenso que no emite luz. A lo largo de la década siguiente repitieron la medida en una veintena de galaxias espirales y el resultado se mantuvo. Sigue sin saberse de qué está hecha esa materia oscura; lo que sí está bien establecido es que la necesitamos para explicar cómo se mueve lo que vemos.

Dos billones son dos millones de millones. La cifra procede de un trabajo de 2016 dirigido por Christopher Conselice, que convirtió imágenes profundas del Hubble en modelos tridimensionales para contar galaxias en distintas épocas del universo y luego extrapoló cuántas quedan por debajo del límite de detección de nuestros telescopios.

Las observaciones del Campo Profundo del Hubble, en los años noventa, sugerían entre 100 000 y 200 000 millones de galaxias. El nuevo recuento las multiplica por diez. Además, el estudio muestra que cuando el universo tenía unos pocos miles de millones de años había unas diez veces más galaxias por unidad de volumen que ahora: eran más pequeñas y se han ido fusionando entre sí. Es una estimación, no un censo: conviene tomarla como el orden de magnitud mejor fundamentado hoy.

Se llama Campo Ultra Profundo eXtremo (XDF) y combina diez años de observaciones del Hubble sobre la misma región del cielo, dentro de la constelación de Fornax. La exposición total supera los dos millones de segundos, unos 23 días de luz acumulada. Los objetos más débiles que aparecen tienen magnitud 31: brillan una diezmilmillonésima parte de lo que el ojo humano puede percibir.

El detalle que mejor transmite la idea es el tamaño del recorte: menos de una décima parte del diámetro aparente de la Luna llena, alrededor de una treintamillonésima parte de todo el cielo. Y ahí dentro, 5 500 galaxias, algunas cuya luz partió hace 13 200 millones de años, cuando el universo tenía apenas 450 millones. Cualquier trocito de cielo que parezca vacío está igual de lleno.

La imagen, publicada en julio de 2022, muestra el cúmulo de galaxias SMACS 0723 tal como era hace 4 600 millones de años. Lo interesante no es solo lo que hay en el cúmulo, sino lo que hay detrás: la masa combinada de todas esas galaxias curva el espacio a su alrededor y actúa como una lente gravitatoria, desviando y amplificando la luz de galaxias mucho más lejanas.

Por eso en la foto aparecen arcos finos y estirados: son galaxias del universo temprano, deformadas por el efecto de lente que predijo la relatividad general. El cúmulo funciona como un telescopio natural que se suma al del Webb, y permite ver objetos que de otro modo quedarían fuera de alcance. Las lentes gravitatorias no son un truco de imagen: son un instrumento de trabajo cotidiano en la astronomía extragaláctica.

Su corrimiento al rojo espectroscópico es z = 14,44, medido con el espectrógrafo NIRSpec del telescopio espacial James Webb dentro del sondeo Mirage or Miracle. El resultado, dirigido por Rohan Naidu, se publicó en The Open Journal of Astrophysics. Como el universo tiene 13 787 millones de años según los datos de Planck, esa luz salió cuando había transcurrido apenas el 2 % de su historia.

Lo verdaderamente incómodo del hallazgo no es el récord, sino la abundancia: el sondeo encuentra galaxias brillantes a esas distancias más de cien veces más a menudo de lo que predecían los modelos anteriores al Webb. Es decir, las primeras galaxias se formaron y crecieron más deprisa de lo previsto. Los récords de distancia se baten con frecuencia, así que conviene tomarlo como una foto del estado actual del conocimiento.

Las Galaxias Antena, NGC 4038 y NGC 4039, son el ejemplo clásico. Llevan cientos de millones de años entrelazándose y el Hubble ha identificado en ellas más de mil cúmulos de estrellas jóvenes y brillantes formados por el encontronazo. Las nubes de gas de una galaxia sí se topan con las de la otra, se comprimen y colapsan: es lo que los astrónomos llaman un brote de formación estelar o starburst.

Las estrellas, en cambio, están tan separadas en comparación con su tamaño que atraviesan la otra galaxia sin tocarse. Lo que cambia son sus órbitas. La gravedad arranca largas colas de estrellas y gas —las «antenas» que dan nombre al par— y, al final, los dos núcleos se fundirán en una única galaxia elíptica. Nada de esto es rápido: el proceso completo dura miles de millones de años.

El satélite Gaia de la ESA midió la posición y el movimiento de más de mil millones de estrellas, y en 2018 apareció en esos datos un grupo enorme que se comportaba de forma anómala: recorren trayectorias muy alargadas y en sentido contrario al de los cien mil millones de estrellas restantes. Además ocupan una región propia en el diagrama de Hertzsprung-Russell, lo que indica que se formaron en otro sitio.

Se bautizó a la galaxia devorada como Gaia-Enceladus. Cuando ocurrió la fusión, la Vía Láctea era mucho más pequeña que ahora, así que la proporción entre ambas era de unos cuatro a uno: no fue un bocado menor. De aquel episodio salieron dos componentes que hoy definen nuestra galaxia, el halo y el disco grueso. Las galaxias no nacen hechas; se construyen a base de fusiones.

La Gran Nube de Magallanes está a 163 000 años luz, una distancia medida con gran precisión por un equipo que usó estrellas dobles eclipsantes observadas desde el observatorio de La Silla (ESO) y publicada en Nature en 2013. Esa cifra importa mucho más de lo que parece: sirve de peldaño para calibrar las distancias a galaxias mucho más lejanas y, en última instancia, el ritmo de expansión del universo.

Desde Torrejón de Ardoz, a 40,5 grados de latitud norte, ambas Nubes quedan permanentemente por debajo del horizonte: hay que viajar al hemisferio sur, o al menos a latitudes tropicales, para verlas. Allí aparecen como dos manchas nubosas fijas que no se mueven con el viento. Su nombre recuerda la expedición de Magallanes y Elcano, cuyos tripulantes las describieron en el siglo XVI.

El equipo de R. Brent Tully definió Laniakea de una forma nueva. En vez de dibujar fronteras según dónde hay más galaxias, cartografiaron la velocidad con la que se mueven unas 8 000 galaxias cercanas y trazaron las líneas de flujo: pertenecen al mismo supercúmulo las galaxias cuyo movimiento converge hacia el mismo punto, como las gotas de lluvia que caen en una misma cuenca hidrográfica.

El trabajo se publicó en Nature en septiembre de 2014. Antes se situaba a la Vía Láctea en el Supercúmulo de Virgo, que resulta ser solo un apéndice de esta estructura mucho mayor. El nombre viene del hawaiano: lani, cielo, y akea, inmenso. Conviene precisar que Laniakea no está ligada gravitatoriamente como un todo: la expansión del universo terminará por desmembrarla.

Lo descubrió en 1981 el equipo de Robert Kirshner mientras cartografiaba galaxias para estudiar la estructura a gran escala del universo. En una región gigantesca en dirección a la constelación del Boyero, sencillamente, no había casi nada. Su centro queda a unos 700 millones de años luz de nosotros.

No es un agujero ni una anomalía: los vacíos son parte del diseño. La materia se organiza en lo que se llama la red cósmica, con filamentos y muros de galaxias que rodean burbujas prácticamente huecas, un patrón que las simulaciones reproducen a partir de las minúsculas irregularidades de densidad del universo primitivo. Dicho de otro modo, el universo se parece más a una esponja que a una sopa uniforme.

Un cuásar es el núcleo de una galaxia cuyo agujero negro supermasivo está devorando materia a un ritmo brutal; el gas que cae se calienta y emite más energía que todas las estrellas de esa galaxia juntas. 3C 273, en la constelación de Virgo, fue el primero en ser identificado como tal por Maarten Schmidt, que reconoció en su espectro las líneas del hidrógeno fuertemente desplazadas al rojo y comprendió que aquel «astro» no era una estrella de nuestra galaxia.

Brilla en torno a la magnitud 13, al alcance de telescopios modestos desde un cielo decente: es el cuásar más brillante del firmamento. Para hacerse una idea de lo que eso significa, el ESA/Hubble lo resume así: si estuviera a 30 años luz de nosotros, se vería tan brillante como el Sol. De su núcleo sale además un chorro de materia de unos 200 000 años luz de largo.

La consiguió el Event Horizon Telescope combinando ocho radiotelescopios de todo el mundo, tres años antes de lograr la imagen de nuestro propio Sagitario A*. El de M87 es mucho más masivo —unas 1 600 veces más— pero está unas dos mil veces más lejos, y esas dos cosas casi se compensan: en el cielo, los dos anillos tienen un tamaño aparente parecido, y por eso el mismo instrumento pudo con ambos.

El anillo brillante es gas caliente girando muy cerca del horizonte de sucesos, y la mancha oscura del centro es la sombra que la gravedad proyecta al curvar los rayos de luz. Su tamaño coincide con lo que predice la relatividad general de Einstein para un agujero negro de esa masa. Es la primera vez que se pudo comprobar esa predicción mirando directamente, y no por sus efectos indirectos.