El primer mapa en 3D de nuestra galaxia, la Vía Láctea, ha revelado a los científicos cuál es su verdadera forma. Y no es la que imaginábamos.

De hecho, lejos de ser ese disco plano de estrellas formando una bella espiral alrededor de su región central, la Vía Láctea, nuestro hogar en el espacio, está deformada y retorcida. Especialmente en sus regiones más externas. El hallazgo, que acaba de publicarse en Nature Astronomy, ha sido posible gracias al esfuerzo de un equipo de astrónomos de la Universidad Macquairie, en Australia, y la Academia de Ciencias de China, que han utilizado 1.339 estrellas para cartografiar en tres dimensiones la galaxia en que vivimos. Durante su estudio, los investigadores descubrieron que el disco central de estrellas de la Vía Láctea se deformaba y retorcía cada vez más cuanto mas lejos estaban las estrellas de su centro. «Por lo general -afirma Richard de Grijs, coautor de la investigación- pensamos que las galaxias espirales son bastante planas, como Andrómeda, que se puede ver facilmente a través de un telescopio». Pero nuestra propia galaxia no parece seguir ese patrón. De hecho, el disco de estrellas de la Vía Láctea es de todo menos estable y plano. Desde una gran distancia, nuestra galaxia se vería como un delgado disco de estrellas que orbitan una vez cada pocos cientos de millones de años alrededor de su región central, donde cientos de miles de millones de estrellas, junto con una gran masa de materia oscura, proporcionan el «pegamento» gravitacional que lo mantiene todo junto.

Pero veríamos también cómo ese disco se retuerce y dobla en sus extremos. El «tirón» de la gravedad se debilita cuanto más lejos estemos de las regiones internas de la Vía Láctea. Por eso, en el lejano disco exterior, los átomos de hidrógeno que forman la mayor parte del disco galáctico ya no están confinados a un plano delgado, sino que le dan al disco una apariencia de «S» distorsionada. En palabras de Richard de Grijs «en los exteriores de la Vía Láctea encontramos regiones exteriores de la que el disco estelar en forma de S está deformado en un patrón en espiral que se retuerce progresivamente. Es muy difícil determinar las distancias entre el Sol y las zonas exteriores de la Vía Láctea sin tener una idea clara de cómo es ese disco en realidad», asegura por su parte Chen Xiaodian, autor principal del artículo. «Sin embargo, recientemente publicamos un nuevo catálogo de estrellas variables, de comportamiento conocido, las Cefeidas clásicas, para las que se pueden determinar distancias con un margen de error de solo entre el 3 y el 5%». Gracias a esa base de datos, el equipo de astrónomos logró desarrollar la primera imagen tridimensional precisa de las regiones más alejadas de nuestra Vía Láctea. Las Cefeidas clásicas son estrellas jóvenes que tienen entre 4 y 20 veces la masa de nuestro Sol y que pueden llegar a ser hasta 100.000 veces más brillantes. Masas estelares tan altas implican que estas estrellas viven rápido y mueren jóvenes, quemando su combustible nuclear muy deprisa, a veces en apenas unos pocos millones de años. Estas estrellas emiten pulsaciones regulares, que se observan como cambios en su brillo. Combinado con el brillo observado de una Cefeida, su período de pulsación puede usarse para obtener una distancia altamente confiable.

El nuevo mapa muestra que el disco deformado de la Vía Láctea también contiene estrellas jóvenes.

Y confirma que el patrón espiral deformado es causado por la torsión que produce el giro del enorme disco interno de estrellas de la Vía Láctea. El hallazgo recuerda a los investigadores observaciones anteriores de una docena de galaxias que también mostraban patrones en espiral progresivamente retorcidos. Según Liu Chao, coautor del estudio, «combinando nuestros resultados con esas otras observaciones llegamos a la conclusión de que el patrón en espiral deformado de la Vía Láctea está causado, probablemente, por la torsión del disco interno masivo. Esta nueva morfología proporciona un mapa actualizado que resulta crucial para los estudios de los movimientos estelares dentro de nuestra galaxia y los orígenes del disco de la Vía Láctea».

Un inventario cósmico calculó que hay decenas de millones de agujeros negros, esos objetos enigmáticos y oscuros en la Vía Láctea. El censo celeste comenzó poco después de que se detectasen ondulaciones en el espacio-tiempo creado por la lejana colisión de dos agujeros negros del tamaño de 30 soles. La detección de ondas gravitatorias fue un gran logro, ya que era una confirmación de una predicción clave de la teoría general de la relatividad de Einstein.

Fue simplemente asombroso e hizo preguntarse a los expertos cómo de comunes eran los agujeros negros de ese tamaño, y con qué frecuencia se unian. Los científicos asumen que la mayoría de los agujeros negros resultado de remanentes estelares, que resultan del colapso de estrellas masivas al final de sus vidas, serán aproximadamente de la misma masa que el Sol. Ver la evidencia de dos agujeros negros de proporciones tan épicas que finalmente se unieron en una colisión cataclísmica hizo que algunos astrónomos 'se rascasen la cabeza'. Las galaxias grandes son el hogar de las estrellas más viejas, y albergan agujeros negros más viejos también. El número de agujeros negros de una masa dada por galaxia dependerá del tamaño de la galaxia. La razón es que las galaxias más grandes tienen muchas estrellas ricas en metales, y las galaxias enanas más pequeñas están dominadas por grandes estrellas de baja metalicidad. Las estrellas que contienen muchos elementos más pesados, como nuestro sol, arrojan mucha de esa masa en sus vidas.

Cuando llega el momento de que todo termine en una supernova, no queda tanta materia para colapsar sobre sí misma, resultando en un agujero negro de menor masa. Grandes estrellas con bajo contenido de metal no arrojan gran parte de su masa en el tiempo, por lo que cuando uno de ellas muere, casi toda su masa se enrollará en el agujero negro. Tenemos una muy buena comprensión de la población total de estrellas en el universo y su distribución de masas a medida que nacen, así que podemos decir cuántos agujeros negros se habrían formado con 100 masas solares versus 10 masas solares. Fuimos capaces de averiguar cuántos grandes agujeros negros debían existir, y terminaron siendo millones.

Además, para arrojar luz sobre fenómenos venideros, los investigadores trataron de determinar la frecuencia con que los agujeros negros se dan en parejas, la frecuencia con la que se fusionan y el tiempo que les toma. Se preguntaron si los 30 agujeros negros de masa solar detectados por el LIGO, observatorio de detección de ondas gravitatorias, nacieron hace miles de millones de años y tardaron mucho en fusionarse o surgieron más recientemente (en los últimos 100 millones de años) para fusionarse poco después. Resultó que apenas el 1 por ciento de los agujeros negros formados tienen que fusionarse para explicar lo que LIGO vio. Por supuesto, los agujeros negros tienen que acercarse lo suficiente para fusionarse en un tiempo razonable, lo que es un problema abierto. Se esperan muchas más detecciones de ondas de gravitación para que los expertos puedan determinar si los agujeros negros chocan principalmente en galaxias gigantes. Eso les diría algo importante sobre la física que los impulsa a unirse. Si las ideas actuales sobre la evolución estelar son correctas, entonces sus cálculos indican que las fusiones de agujeros negros de 50 masas de masas solares serán detectadas en pocos años.

A finales del 2018, científicos de la Universidad de Michigan dedujeron que Andrómeda, la galaxia vecina más cercana a la Vía Láctea, trituró y se 'comió' una galaxia masiva hace 2.000 mil millones de años, identificada posteiormente como la 'hermana perdida' de ambas galaxias: la Vía Láctea y Andrómeda. A pesar de que fue en su mayoría triturada, esta galaxia masiva dejó un rico rastro de evidencia: un halo casi invisible de estrellas más grande que Andrómeda, una elusiva corriente de estrellas y una galaxia compacta enigmática y separada. Esta galaxia interrumpida, llamada M32p, era el tercer miembro más grande del grupo local de galaxias, después de la Vía Láctea y Andrómeda. Ahora, usando modelos por ordenador, Richard D'Souza y Eric Bell, del Departamento de Astronomía de la Universidad de Michigan, pudieron reconstruir esta evidencia, revelando a este 'hermano perdido' de la Vía Láctea. Sus hallazgos han sido publicados en 'Nature Astronomy'. Los científicos saben desde hace tiempo que este gran halo de estrellas casi invisible que rodea a las galaxias contiene los restos de galaxias canibalizadas más pequeñas. Se esperaba que una galaxia como Andrómeda hubiera consumido a cientos de sus compañeros más pequeños. Los investigadores pensaron que esto dificultaría el aprendizaje de uno solo de ellos. Utilizando nuevas simulaciones por ordenador, los científicos pudieron comprender que, aunque Andrómeda consumió muchas galaxias compañeras, la mayoría de las estrellas en el halo exterior débil de Andrómeda fueron aportadas en gran medida por la trituración de una sola gran galaxia. "Fue un momento de 'eureka'. Nos dimos cuenta de que podíamos utilizar esta información del halo estelar externo de Andrómeda para inferir las propiedades de la galaxia más grande destruida", explicó D'Souza, investigador postdoctoral en la Universidad de Michigan. Por su parte, Bell, coautor de la investigación y profesor de Astronomía en la Universidad de Michigan, sostuvo que fue "impactante" darse cuenta de que la Vía Láctea tenía un "hermano mayor" del que "nunca" supieron.

Esta galaxia 'hermana' que fue triturada por la galaxia de Andrómeda, era al menos 20 veces más grande que cualquier galaxia que se fusionó con la Vía Láctea a lo largo de su vida. M32p habría sido masiva, por lo que es la tercera galaxia más grande en el grupo local después de las galaxias de Andrómeda y la Vía Láctea. Este trabajo también podría resolver un misterio de largo recorrido: la formación de la enigmática galaxia satelital M32 de Andrómeda. Sobre esto, los científicos sugieren que el compacto y denso M32 es el centro superviviente del 'hermano perdido' de la Vía Láctea. "M32 es un bicho raro", afirmó Bell, aunque "parece un ejemplo compacto de una galaxia elíptica antigua, en realidad tiene muchas estrellas jóvenes". "Es una de las galaxias más compactas del universo. No hay otra galaxia como esta", añadió.

Según los investigadores, su estudio puede alterar la comprensión tradicional de cómo evolucionan las galaxias. El equipo se dio cuenta de que el disco de Andrómeda sobrevivió a un impacto con una galaxia masiva, lo que cuestionaría la sabiduría común de que tales interacciones grandes destruirían los discos y formarían una galaxia elíptica. El momento de la fusión también puede explicar el engrosamiento del disco de la galaxia de Andrómeda, así como un estallido de formación de estrellas hace 2.000 millones de años, un hallazgo que fue alcanzado de forma independiente por investigadores franceses a principios de 2018. La galaxia de Andrómeda, con un estallido espectacular de formación de estrellas, se habría visto diferente hace 2.000 millones de años. El método utilizado en este estudio se puede utilizar para otras galaxias, permitiendo la medición de su fusión de galaxias más masivas, según dicen los investigadores. Con este conocimiento, los científicos pueden desentrañar mejor la complicada red de causa y efecto que impulsa el crecimiento de las galaxias y aprender sobre qué hacen las fusiones a las galaxias.

Hace mucho tiempo, los romanos denominaron a nuestra galaxia como Vía Láctea, que se podría traducir como “camino de leche”. La llamaron así, precisamente por su parecido con una mancha lechosa en el cielo nocturno. Sin embargo, los romanos no fueron los únicos en ver una mancha de leche en el cielo. Los griegos la llamaban kyklos, que se traduce como “círculo lechoso". Más de 200.000 millones de estrellas y un diámetro medio de unos 100.000 años luz. (La velocidad de la luz es de 300.000 km/seg. Un año tiene 31.390.000 segundos) La distancia desde el Sol hasta el centro de la galaxia es de alrededor de 27.700 años luz. Unas cifras que reflejan la enorme magnitud de una gran desconocida.

¿Qué futuro le espera a la Vía Láctea?

Tres nuevos estudios dados a conocer en la revista Astrophysical Journal sugieren que la Vía Láctea y su vecina Andrómeda se fusionarán dando lugar a una nueva y gigantesca galaxia elíptica dentro de cuatro mil millones de años. Una tercera galaxia, la Galaxia del Triángulo u objeto Messier M33, que acompaña a Andrómeda, podría unirse también a esta fusión. Se trata de una teoría que se maneja desde hace mucho tiempo, ya que ambas galaxias se atraen por su fuerza de gravedad. Sin embargo, hasta ahora no se sabía con seguridad si chocarían entre sí o solo se deslizarían muy cerca. Usando datos muy precisos obtenidos con el telescopio espacial Hubble, astrónomos de la NASA han confirmado que la colisión frontal será un hecho. Además, los autores del estudio señalan que a partir de ese momento cambiará para siempre el aspecto del cielo y, de paso, la historia de nuestro Sol y su sistema de planetas, pues miles de estrellas serán impulsadas hacia órbitas muy diferentes de las actuales. Concretamente, las simulaciones realizadas muestran que el sistema solar se desplazará y ocupará una posición mucho más alejada del corazón galáctico.

A la Vía Láctea le quedan 4000 millones de años de vida, pero nuestro Sol sobrevivirá.

Dentro de cuatro mil millones de años, la Vía Láctea, nuestra galaxia, chocará contra Andrómeda, nuestra gran vecina en espiral. Las galaxias, tal y como las conocemos hoy, no sobrevivirán. De hecho, nuestro sistema solar va a sobrevivir a nuestra galaxia. En este punto, el Sol no será aún una gigante roja, pero habrá crecido y será lo suficientemente brillante como para tostar la superficie de la Tierra. No quedará forma de vida alguna, aunque será una coreografía cósmica espectacular. Actualmente, Andrómeda y la Vía Láctea están separadas unos 2,5 millones de años luz. Propulsadas por la gravedad, las dos galaxias se están precipitando la una hacia la otra a 402.000 kilómetros por hora. Pero incluso a esa velocidad, no se encontrarán hasta dentro de otros 4000 millones de años.

Entonces, las dos galaxias colisionarán y volarán una a través de la otra, dejando un bucle estrellado y gaseoso en sus estelas. Durante eones, la pareja continuará acercándose y se llegará a romper, revolviendo las estrellas y redibujando las constelaciones hasta que finalmente, tras unos miles de millones de años, las dos galaxias se fusionarán. Entonces, el sistema solar tendrá una nueva dirección cósmica: una galaxia elíptica gigante, formada por el choque y la fusión de la Vía Láctea y Andrómeda. No, no se trata de un capítulo sacado de una historia de ciencia ficción: es una predicción científica real.

Que la ciencia pueda predecir estos eventos fue el tema principal del tercer capítulo de Cosmos. Newton fue capaz de describir las órbitas de los planetas, Halley predijo la vuelta de su cometa homónimo, y los astrónomos contemporáneos han calculado el fin de la Vía Láctea. Este don de previsión es realmente una comprensión matemática de las leyes físicas que gobiernan los movimientos de los cuerpos celestes.

Utilizando solamente las leyes de gravitación de Newton, los astrónomos podemos predecir de manera fiable que dentro de varios millones de años nuestra galaxia hogar, la Vía Láctea, se fusionará con nuestra galaxia vecina Andrómeda. Como las distancias entre las estrellas son enormes en comparación con sus tamaños, pocas de las estrellas de alguna de las galaxias colisionarán realmente. Ninguna de las vidas de esos futuros mundos remotos estaría a salvo, pero estarían asistiendo a un increíble espectáculo de luz de miles de millones de años de duración.

Ahora bien, ¿cómo sabemos en la Tierra que esto va a pasar? La historia empieza a principios del 1900, cuando el astrónomo Vesto Slipher midió la velocidad radial de Andrómeda. En otras palabras, calculó la velocidad a la que se estaba moviendo la galaxia, acercándose o alejándose de la Tierra. Slipher hizo esto mirando un indicador de estiramiento o compresión en la luz que llegaba a la Tierra desde Andrómeda: la luz de los objetos que se están alejando de nosotros está ligeramente estirada o desplazada al rojo. La luz de los objetos que se están acercando a nosotros está desplazada hacia el azul o comprimida. El resultado fue algo sorprendente. “Podemos concluir que la nebulosa de Andrómeda se está acercado al sistema solar con una velocidad aproximada de 300 kilómetros por segundo”, escribió Slipher en el Lowell Observatory Bulletin en 1913 (entonces Andrómeda se llamaba la Nebulosa Negra porque los astrónomos no se dieron cuenta de que no formaba parte de la Vía Láctea; los cálculos de Slipher sugirieron fuertemente que la idea necesitaba reajustes). Así que Andrómeda se está acercando a nosotros, esto al menos parece estar claro. Si este acercamiento significaría el final de la Vía Láctea era aún algo incierto. Durante décadas, los científicos no tenían manera de saber si Andrómeda y la Vía Láctea chocarían de frente o si pasarían de largo la una junto a la otra como dos navíos llenos de estrellas surcando la noche cósmica. Resulta que es relativamente fácil medir la velocidad de los objetos lejanos que se mueven hacia nosotros o se alejan, pero es mucho más complicado determinar los movimientos hacia los lados (algo que los astrónomos llaman “movimiento propio”). Cuanto más lejos está algo, más complicado es medir sus movimientos laterales, que no producen esas longitudes de onda indicadoras del estiramiento o compresión con las que pueden trabajar los astrónomos. En su lugar, los astrónomos dependen de las observaciones detalladas de la posición relativa de un objeto sobre el fondo de estrellas. Un pequeño desplazamiento sutil que puede tardar siglos en convertirse en evidente si no se dispone de grandes telescopios.

Alrededor de 2007, el astrofísico Avi Loeb, de la Universidad de Harvard, decidió revisar la pregunta de la próxima llegada de Andrómeda. “La mayoría de los teóricos están interesados en reproducir sistemas de nuestro pasado que se observan hoy, y son reacios a hacer previsiones sobre lo que se probará dentro de millones de años”, explicó Loeb. “Lo racional no es claro para mi; estoy tan intrigado en el futuro como lo estoy con el pasado.” Primero Loeb, y luego el posdoctorado T.J. Cox simularon la próxima colisión y fusión de Andrómeda y la Vía Láctea utilizando movimientos propios estimados de la primera. Los resultados mostraron una oportunidad más interesante que decente de las dos galaxias aplastadas entre ellas, y una posibilidad muy buena de un sistema solar dirigido a las afueras de la galaxia elíptica resultante, bautizada por Loeb “Lactómeda”. En 2012, un equipo de astrónomos con base en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (Space Telescope Science Institute) volvieron a hacer los cálculos de la colisión, esta vez utilizando las medidas del movimiento propio de Andrómeda. Después de todos estos años, el equipo fue capaz de conseguir estas medidas con el telescopio espacial Hubble y mediante una campaña de observación que utiliza años de datos, empezando por las imágenes sacadas en 2002. “Comparamos las imágenes tomadas en momentos diferentes con el telescopio espacial Hubble, y medimos cuánto se habían movido las estrellas de Andrómeda en relación con las galaxias borrosas del fondo lejano”, explicó el astrónomo Sangmo Tony Sohn. “Esto nos da un sentido de lo rápido que se mueven las estrellas de Andrómeda a través del cielo”. El equipo concluyó que el movimiento propio de Andrómeda era minúsculo y que la colisión frontal era prácticamente inevitable. Esto debería de sonar traumático, pero no todo es inusual que las galaxias se fusionen.

El telescopio espacial Hubble capturó algunas imágenes gloriosas de fusiones y colisiones lejanas, y el astrónomo Halton Arp incluyó una serie de interacciones galácticas en su Atlas de Galaxias Peculiares, publicado en 1966. Todas ellas son realmente hermosas. Las buenas noticias es que, como afirma Tyson, las estrellas se encuentran a tanta distancia que aunque las galaxias vayan a colisionar, las probabilidades de colisiones estelares son pequeñas. Por ello, el Sol y sus planetas probablemente sobrevivirán al nacimiento de Lactómeda, aunque la Tierra ya no podrá llamar "casa" a la Vía Láctea. Y ya no viviremos en una galaxia en espiral: Lactómeda tendrá forma elíptica y probablemente tendrá una apariencia rojiza. Por ello no cabe duda de que la fusión será espectacular, y es más que probable que la galaxia del triángulo, una más pequeña y cercana, será absorbida en este combate.

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