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vía Láctea

La Vía Láctea [c] es la galaxia que incluye el Sistema Solar , cuyo nombre describe la apariencia de la galaxia desde la Tierra : una banda de luz borrosa vista en el cielo nocturno formada por estrellas que no se pueden distinguir individualmente a simple vista .

La Vía Láctea es una galaxia espiral barrada con un diámetro isofotal D 25 estimado en 26,8 ± 1,1 kiloparsecs (87.400 ± 3.600 años luz ), [10] pero con solo unos 1.000 años luz de espesor en los brazos espirales (más en el bulbo). Simulaciones recientes sugieren que un área de materia oscura , que también contiene algunas estrellas visibles, puede extenderse hasta un diámetro de casi 2 millones de años luz (613 kpc). [26] [27] La ​​Vía Láctea tiene varias galaxias satélite y es parte del Grupo Local de galaxias, que forman parte del Supercúmulo de Virgo , que es a su vez un componente del Supercúmulo de Laniakea . [28] [29]

Se estima que contiene entre 100 y 400 mil millones de estrellas [30] [31] y al menos esa cantidad de planetas . [32] [33] El Sistema Solar está ubicado en un radio de aproximadamente 27 000 años luz (8,3 kpc) del Centro Galáctico , [34] en el borde interior del Brazo de Orión , una de las concentraciones de gas y polvo en forma de espiral. Las estrellas en los 10 000 años luz más internos forman un bulbo y una o más barras que irradian desde el bulbo. El Centro Galáctico es una intensa fuente de radio conocida como Sagitario A* , un agujero negro supermasivo de 4100 (± 0,034) millones de masas solares . [35] [36] Las estrellas más antiguas de la Vía Láctea son casi tan antiguas como el Universo mismo y, por lo tanto, probablemente se formaron poco después de la Edad Oscura del Big Bang . [37]

Galileo Galilei fue el primero en resolver la banda de luz en estrellas individuales con su telescopio en 1610. Hasta principios de la década de 1920, la mayoría de los astrónomos pensaban que la Vía Láctea contenía todas las estrellas del Universo . [38] Tras el Gran Debate de 1920 entre los astrónomos Harlow Shapley y Heber Doust Curtis , [39] las observaciones de Edwin Hubble mostraron que la Vía Láctea es solo una de muchas galaxias.

Etimología y mitología

En el poema épico babilónico Enūma Eliš , la Vía Láctea se crea a partir de la cola cortada de la primigenia dragona de agua salada Tiamat , colocada en el cielo por Marduk , el dios nacional babilónico , después de matarla. [40] [41] Se pensó que esta historia se basaba en una versión sumeria más antigua en la que Tiamat es asesinada por Enlil de Nippur , [42] [43] pero ahora se piensa que es puramente una invención de los propagandistas babilónicos con la intención de mostrar a Marduk como superior a las deidades sumerias. [43]

En la mitología griega , Zeus coloca a su hijo nacido de una mujer mortal, el infante Heracles , sobre el pecho de Hera mientras ella duerme para que el bebé beba su leche divina y se vuelva inmortal. Hera se despierta mientras amamanta y luego se da cuenta de que está amamantando a un bebé desconocido: empuja al bebé, se derrama parte de su leche y se produce la banda de luz conocida como la Vía Láctea. En otra historia griega, Atenea le entrega a Hera el abandonado Heracles para que lo alimente, pero la fuerza de Heracles hace que Hera lo arranque de su pecho con dolor. [44] [45] [46]

Llys Dôn (literalmente "La Corte de Dôn ") es el nombre tradicional galés de la constelación de Casiopea . Al menos tres de los hijos de Dôn también tienen asociaciones astronómicas: Caer Gwydion ("La fortaleza de Gwydion ") es el nombre tradicional galés de la Vía Láctea, [47] [48] y Caer Arianrhod ("La fortaleza de Arianrhod ") es la constelación de Corona Borealis . [49] [50]

En la cultura occidental, el nombre de "Vía Láctea" se deriva de su apariencia como una banda brillante "lechosa" sin resolver que se arquea a través del cielo nocturno. El término es una traducción del latín clásico via lactea , a su vez derivado del griego helenístico γαλαξίας , abreviatura de γαλαξίας κύκλος ( galaxías kýklos ), que significa "círculo lechoso". El griego antiguo γαλαξίας ( galaxias ) - de la raíz γαλακτ -, γάλα ("leche") + -ίας (formando adjetivos) - es también la raíz de "galaxia", el nombre de nuestras colecciones de estrellas, y más tarde de todas las demás. [51] [52] [53]

La Vía Láctea, o "círculo de leche", era sólo uno de los 11 "círculos" que los griegos identificaron en el cielo, siendo otros el zodíaco , el meridiano , el horizonte , el ecuador , los trópicos de Cáncer y Capricornio , el Círculo Polar Ártico y el Círculo Antártico , y dos círculos coluros que pasan por ambos polos. [54]

Nombres comunes

Apariencia

La Vía Láctea vista desde un lugar oscuro y con poca contaminación lumínica

La Vía Láctea es visible como una banda brumosa de luz blanca, de unos 30° de ancho, arqueando el cielo nocturno . [62] Aunque todas las estrellas individuales visibles a simple vista en todo el cielo son parte de la Vía Láctea, el término "Vía Láctea" se limita a esta banda de luz. [63] [64] La luz se origina de la acumulación de estrellas no resueltas y otro material ubicado en la dirección del plano galáctico . Las regiones más brillantes alrededor de la banda aparecen como parches visuales suaves conocidos como nubes de estrellas . La más visible de estas es la Gran Nube Estelar de Sagitario , una porción del bulbo central de la galaxia. [65] Las regiones oscuras dentro de la banda, como la Gran Grieta y el Saco de Carbón , son áreas donde el polvo interestelar bloquea la luz de las estrellas distantes. Los pueblos del hemisferio sur, incluidos los incas y los aborígenes australianos , identificaron estas regiones como constelaciones de nubes oscuras . [66] La zona del cielo que la Vía Láctea oscurece se llama Zona de Evitación . [67]

La Vía Láctea tiene un brillo superficial relativamente bajo . Su visibilidad puede verse muy reducida por la luz de fondo, como la contaminación lumínica o la luz de la luna. El cielo debe ser más oscuro que aproximadamente 20,2 magnitudes por segundo de arco cuadrado para que la Vía Láctea sea visible. [68] Debería ser visible si la magnitud límite es de aproximadamente +5,1 o mejor y muestra una gran cantidad de detalles a +6,1. [69] Esto hace que la Vía Láctea sea difícil de ver desde áreas urbanas o suburbanas muy iluminadas, pero muy prominente cuando se ve desde áreas rurales cuando la Luna está debajo del horizonte. [d] Los mapas del brillo artificial del cielo nocturno muestran que más de un tercio de la población de la Tierra no puede ver la Vía Láctea desde sus hogares debido a la contaminación lumínica. [70]

La Vía Láctea vista desde el Parque Nacional Sajama en Bolivia , una zona con poca contaminación lumínica.

Visto desde la Tierra, la región visible del plano galáctico de la Vía Láctea ocupa un área del cielo que incluye 30 constelaciones . [e] El centro galáctico se encuentra en la dirección de Sagitario , donde la Vía Láctea es más brillante. Desde Sagitario, la banda brumosa de luz blanca parece pasar alrededor del anticentro galáctico en Auriga . La banda luego continúa el resto del camino alrededor del cielo, de regreso a Sagitario, dividiendo el cielo en dos hemisferios aproximadamente iguales . [71]

El plano galáctico está inclinado unos 60° respecto a la eclíptica (el plano de la órbita de la Tierra ). En relación con el ecuador celeste , pasa tan al norte como la constelación de Casiopea y tan al sur como la constelación de Crux , lo que indica la alta inclinación del plano ecuatorial de la Tierra y del plano de la eclíptica, en relación con el plano galáctico. El polo norte galáctico está situado en ascensión recta 12 h 49 m , declinación +27,4° ( B1950 ) cerca de β Comae Berenices , y el polo sur galáctico está cerca de α Sculptoris . Debido a esta alta inclinación, dependiendo de la hora de la noche y del año, el arco de la Vía Láctea puede aparecer relativamente bajo o relativamente alto en el cielo. Para los observadores desde latitudes de aproximadamente 65° norte a 65° sur, la Vía Láctea pasa directamente por encima dos veces al día. [ cita requerida ]

Historia astronómica

Observaciones antiguas a simple vista

En Meteorologica , Aristóteles (384–322 a. C.) afirma que los filósofos griegos Anaxágoras ( c.  500–428 a. C.) y Demócrito (460–370 a. C.) propusieron que la Vía Láctea es el resplandor de las estrellas no directamente visibles debido a la sombra de la Tierra, mientras que otras estrellas reciben su luz del Sol, pero tienen su brillo oscurecido por los rayos solares. [72] El propio Aristóteles creía que la Vía Láctea era parte de la atmósfera superior de la Tierra, junto con las estrellas, y que era un subproducto de la quema de estrellas que no se disipaba debido a su ubicación más externa en la atmósfera, componiendo su gran círculo . Dijo que la apariencia lechosa de la Vía Láctea se debe a la refracción de la atmósfera de la Tierra. [73] [74] [75] El filósofo neoplatónico Olimpiodoro el Joven ( c.  495-570 d. C.) criticó esta visión, argumentando que si la Vía Láctea fuera sublunar , debería aparecer diferente en diferentes momentos y lugares de la Tierra, y que debería tener paralaje , lo cual no tiene. En su opinión, la Vía Láctea es celestial. Esta idea sería influyente más tarde en el mundo musulmán . [76]

El astrónomo persa Al-Biruni (973-1048) propuso que la Vía Láctea es "una colección de innumerables fragmentos de la naturaleza de las estrellas nebulosas ". [77] El astrónomo andaluz Avempace ( † 1138) propuso que la Vía Láctea estaba formada por muchas estrellas pero parecía ser una imagen continua en la atmósfera de la Tierra, citando su observación de una conjunción de Júpiter y Marte en 1106 o 1107 como evidencia. [74] El astrónomo persa Nasir al-Din al-Tusi (1201-1274) en su Tadhkira escribió: "La Vía Láctea, es decir, la Galaxia, está formada por una gran cantidad de estrellas pequeñas y estrechamente agrupadas, que, debido a su concentración y pequeñez, parecen ser parches nublados. Debido a esto, se la comparó con la leche en color". [78] Ibn Qayyim al-Jawziyya (1292–1350) propuso que la Vía Láctea es "una miríada de pequeñas estrellas apiñadas en la esfera de las estrellas fijas". [79]

Observaciones telescópicas

La forma de la Vía Láctea, deducida a partir de los recuentos de estrellas por William Herschel en 1785. Se suponía que el Sistema Solar estaba cerca del centro.

La prueba de que la Vía Láctea está formada por muchas estrellas llegó en 1610 cuando Galileo Galilei utilizó un telescopio para estudiar la Vía Láctea y descubrió que está compuesta por una enorme cantidad de estrellas débiles. Galileo también concluyó que la apariencia de la Vía Láctea se debía a la refracción de la atmósfera de la Tierra. [80] [81] [73] En un tratado de 1755, Immanuel Kant , basándose en trabajos anteriores de Thomas Wright , [82] especuló (correctamente) que la Vía Láctea podría ser un cuerpo giratorio de una gran cantidad de estrellas, unidas por fuerzas gravitacionales similares al Sistema Solar pero en escalas mucho mayores. [83] El disco de estrellas resultante se vería como una banda en el cielo desde nuestra perspectiva dentro del disco. Wright y Kant también conjeturaron que algunas de las nebulosas visibles en el cielo nocturno podrían ser "galaxias" separadas en sí mismas, similares a la nuestra. Kant se refirió tanto a la Vía Láctea como a las "nebulosas extragalácticas" como "universos islas", un término que todavía estaba vigente hasta la década de 1930. [84] [85] [86]

El primer intento de describir la forma de la Vía Láctea y la posición del Sol en ella lo llevó a cabo William Herschel en 1785, contando cuidadosamente el número de estrellas en diferentes regiones del cielo visible. Produjo un diagrama de la forma de la Vía Láctea con el Sistema Solar cerca del centro. [87]

En 1845, Lord Rosse construyó un nuevo telescopio y fue capaz de distinguir entre nebulosas elípticas y espirales. También logró distinguir fuentes puntuales individuales en algunas de estas nebulosas, lo que dio credibilidad a la conjetura anterior de Kant. [88] [89]

Fotografía de la "Gran Nebulosa de Andrómeda" de 1899, posteriormente identificada como la Galaxia de Andrómeda

En 1904, al estudiar los movimientos propios de las estrellas, Jacobus Kapteyn informó que estos no eran aleatorios, como se creía en ese momento; las estrellas podían dividirse en dos corrientes, moviéndose en direcciones casi opuestas. [90] Más tarde se supo que los datos de Kapteyn habían sido la primera evidencia de la rotación de nuestra galaxia, [91] lo que finalmente condujo al descubrimiento de la rotación galáctica por parte de Bertil Lindblad y Jan Oort . [ cita requerida ]

En 1917, Heber Doust Curtis había observado la nova S Andromedae dentro de la Gran Nebulosa de Andrómeda ( objeto Messier 31). Al buscar en el registro fotográfico, encontró 11 novas más . Curtis se dio cuenta de que estas novas eran, en promedio, 10 magnitudes más débiles que las que se produjeron dentro de la Vía Láctea. Como resultado, pudo llegar a una estimación de la distancia de 150.000 parsecs. Se convirtió en un defensor de la hipótesis de los "universos isla", que sostenía que las nebulosas espirales eran galaxias independientes. [92] [93] En 1920 tuvo lugar el Gran Debate entre Harlow Shapley y Heber Curtis, sobre la naturaleza de la Vía Láctea, las nebulosas espirales y las dimensiones del Universo. Para apoyar su afirmación de que la Gran Nebulosa de Andrómeda es una galaxia externa, Curtis notó la aparición de franjas oscuras que se asemejan a las nubes de polvo de la Vía Láctea, así como el significativo desplazamiento Doppler . [94]

La controversia fue resuelta de manera concluyente por Edwin Hubble a principios de la década de 1920 utilizando el telescopio Hooker de 2,5 m (100 pulgadas) del observatorio del Monte Wilson . Con el poder de recolección de luz de este nuevo telescopio, pudo producir fotografías astronómicas que resolvieron las partes externas de algunas nebulosas espirales como colecciones de estrellas individuales. También pudo identificar algunas variables cefeidas que podía usar como punto de referencia para estimar la distancia a las nebulosas. Descubrió que la nebulosa de Andrómeda está a 275.000 parsecs del Sol, demasiado distante para ser parte de la Vía Láctea. [95] [96]

Observaciones satelitales

Mapa de estrellas catalogadas por el lanzamiento de Gaia en 2021, mostrado como malla de densidad en el diagrama

La sonda espacial Gaia de la ESA proporciona estimaciones de distancia determinando la paralaje de mil millones de estrellas y está cartografiando la Vía Láctea con cuatro lanzamientos de mapas planificados en 2016, 2018, 2021 y 2024. [97] [98]

Los datos de Gaia han sido descritos como "transformadores". Se ha estimado que Gaia ha ampliado el número de observaciones de estrellas de aproximadamente 2 millones de estrellas en la década de 1990 a 2 mil millones. Ha expandido el volumen medible del espacio en un factor de 100 en radio y un factor de 1.000 en precisión. [99]

Un estudio de 2020 concluyó que Gaia detectó un movimiento tambaleante de la galaxia, que podría ser causado por " torques de una desalineación del eje de rotación del disco con respecto al eje principal de un halo no esférico, o de materia acretada en el halo adquirida durante la caída tardía, o de galaxias satélite cercanas que interactúan y sus mareas consecuentes". [100] En abril de 2024, se informaron estudios iniciales (y mapas relacionados) que involucraban los campos magnéticos de la Vía Láctea. [101]

Astrografía

Ubicación y barrio de Sun

Mapa de estrellas catalogado por Gaia en su lanzamiento en 2021, superpuesto sobre la concepción del artista de la forma general de la Vía Láctea

El Sol está cerca del borde interior del Brazo de Orión , dentro de la Pelusa Local de la Burbuja Local , entre las estructuras lineales de onda de Radcliffe y Split (anteriormente Cinturón de Gould ). [102] Según estudios de órbitas estelares alrededor de Sgr A* realizados por Gillessen et al. (2016), el Sol se encuentra a una distancia estimada de 27,14 ± 0,46 kly (8,32 ± 0,14 kpc) [34] del Centro Galáctico. Boehle et al. (2016) encontraron un valor menor de 25,64 ± 0,46 kly (7,86 ± 0,14 kpc), también utilizando un análisis de la órbita estelar. [103] El Sol se encuentra actualmente a 5-30 parsecs (16-98 ly) por encima o al norte del plano central del disco galáctico. [104] La distancia entre el brazo local y el siguiente brazo, el Brazo de Perseo , es de unos 2.000 parsecs (6.500 años luz). [105] El Sol, y por tanto el Sistema Solar, se encuentra en la zona habitable galáctica de la Vía Láctea . [106] [107]

Hay alrededor de 208 estrellas más brillantes que la magnitud absoluta  8,5 dentro de una esfera con un radio de 15 parsecs (49 años luz) desde el Sol, lo que da una densidad de una estrella por cada 69 parsecs cúbicos, o una estrella por cada 2.360 años luz cúbicos (de la Lista de estrellas brillantes más cercanas ). Por otro lado, hay 64 estrellas conocidas (de cualquier magnitud, sin contar 4  enanas marrones ) dentro de 5 parsecs (16 años luz) del Sol, lo que da una densidad de aproximadamente una estrella por cada 8,2 parsecs cúbicos, o una por cada 284 años luz cúbicos (de la Lista de estrellas más cercanas ). Esto ilustra el hecho de que hay muchas más estrellas débiles que estrellas brillantes: en todo el cielo, hay alrededor de 500 estrellas más brillantes que la magnitud aparente  4, pero 15,5 millones de estrellas más brillantes que la magnitud aparente 14. [108]

El vértice del camino del Sol, o el ápice solar , es la dirección en la que el Sol viaja a través del espacio en la Vía Láctea. La dirección general del movimiento galáctico del Sol es hacia la estrella Vega cerca de la constelación de Hércules , en un ángulo de aproximadamente 60 grados del cielo con la dirección del Centro Galáctico. Se espera que la órbita del Sol alrededor de la Vía Láctea sea aproximadamente elíptica con la adición de perturbaciones debido a los brazos espirales galácticos y distribuciones de masa no uniformes. Además, el Sol pasa a través del plano galáctico aproximadamente 2,7 veces por órbita. [109] [ ¿ fuente poco confiable? ] Esto es muy similar a cómo funciona un oscilador armónico simple sin término de fuerza de arrastre (amortiguación). Hasta hace poco se pensaba que estas oscilaciones coincidían con períodos de extinción de formas de vida masivas en la Tierra. [110] Un nuevo análisis de los efectos del tránsito del Sol a través de la estructura espiral basado en datos de CO no ha podido encontrar una correlación. [111]

El Sistema Solar tarda unos 240 millones de años en completar una órbita alrededor de la Vía Láctea (un año galáctico ), [112] por lo que se cree que el Sol ha completado entre 18 y 20 órbitas durante su vida y 1/1250 de una revolución desde el origen de los humanos . La velocidad orbital del Sistema Solar alrededor del centro de la Vía Láctea es de aproximadamente 220 km/s (490.000 mph) o el 0,073% de la velocidad de la luz . El Sol se mueve a través de la heliosfera a 84.000 km/h (52.000 mph). A esta velocidad, el Sistema Solar tarda unos 1.400 años en recorrer una distancia de 1 año luz, u 8 días en recorrer 1 UA ( unidad astronómica ). [113] El Sistema Solar se dirige en dirección a la constelación zodiacal de Escorpio , que sigue la eclíptica. [114]

Cuadrantes galácticos

Diagrama de la ubicación del Sol en la Vía Láctea, los ángulos representan longitudes en el sistema de coordenadas galáctico.

Un cuadrante galáctico, o cuadrante de la Vía Láctea, se refiere a uno de los cuatro sectores circulares en la división de la Vía Láctea. En la práctica astronómica, la delineación de los cuadrantes galácticos se basa en el sistema de coordenadas galáctico , que coloca al Sol como el origen del sistema cartográfico . [115]

Los cuadrantes se describen utilizando ordinales  , por ejemplo, "primer cuadrante galáctico", [116] "segundo cuadrante galáctico", [117] o "tercer cuadrante de la Vía Láctea". [118] Vistos desde el polo norte galáctico con 0° (cero grados) como el rayo que parte del Sol y atraviesa el centro galáctico, los cuadrantes son:

con la longitud galáctica (ℓ) aumentando en dirección contraria a las agujas del reloj ( rotación positiva ) visto desde el norte del Centro Galáctico (un punto de vista a varios cientos de miles de años luz de distancia de la Tierra en la dirección de la constelación de Coma Berenices ); si se ve desde el sur del Centro Galáctico (un punto de vista igualmente distante en la constelación del Escultor ), ℓ aumentaría en la dirección de las agujas del reloj ( rotación negativa ).

Tamaño y masa

Tamaño

Una comparación de tamaño de las seis galaxias más grandes del Grupo Local , incluida la Vía Láctea

La Vía Láctea es una de las dos galaxias más grandes del Grupo Local (la otra es la Galaxia de Andrómeda ), aunque no se entiende bien el tamaño de su disco galáctico ni cuánto define el diámetro isofotal. [11] Se estima que la mayor parte de las estrellas de la galaxia se encuentra dentro de los 26 kiloparsecs (80.000 años luz) de diámetro, y que el número de estrellas más allá del disco más externo se reduce drásticamente a un número muy bajo, con respecto a una extrapolación del disco exponencial con la longitud de escala del disco interno. [120] [11]

Existen varios métodos que se utilizan en astronomía para definir el tamaño de una galaxia, y cada uno de ellos puede producir resultados diferentes con respecto a los demás. El método más comúnmente empleado es el estándar D 25 : la isofota donde el brillo fotométrico de una galaxia en la banda B (longitud de onda de luz de 445 nm, en la parte azul del espectro visible ) alcanza 25 mag/arcsec 2 . [121] Una estimación de 1997 de Goodwin y otros comparó la distribución de estrellas variables cefeidas en otras 17 galaxias espirales con las de la Vía Láctea, y modeló la relación con sus brillos superficiales. Esto dio un diámetro isofota para la Vía Láctea de 26,8 ± 1,1 kiloparsecs (87.400 ± 3.600 años luz), asumiendo que el disco galáctico está bien representado por un disco exponencial y adoptando un brillo superficial central de la galaxia (μ 0 ) de22,1 ± 0,3 B -mag/arcsec −2 y una longitud de escala de disco ( h ) de 5,0 ± 0,5 kpc (16 300 ± 1 600 ly). [122] [10] [123]

Este es significativamente más pequeño que el diámetro isofotal de la Galaxia de Andrómeda, y ligeramente por debajo de los tamaños isofotales medios de las galaxias, que son de 28,3 kpc (92 000 años luz). [10] El artículo concluye que la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda no eran galaxias espirales demasiado grandes, ni estaban entre las más grandes conocidas (si la primera no era la más grande) como se creía anteriormente, sino más bien galaxias espirales ordinarias promedio. [124] Para comparar la escala física relativa de la Vía Láctea, si el Sistema Solar hasta Neptuno tuviera el tamaño de una moneda de veinticinco centavos de dólar estadounidense (24,3 mm (0,955 pulgadas)), la Vía Láctea sería aproximadamente al menos la línea norte-sur más grande de los Estados Unidos contiguos . [125] Un estudio aún más antiguo de 1978 dio un diámetro menor para la Vía Láctea de aproximadamente 23 kpc (75 000 años luz). [10]

Un artículo de 2015 descubrió que hay un filamento de estrellas en forma de anillo llamado Anillo del Triángulo-Andrómeda (Anillo TriAnd) ondulando por encima y por debajo del plano galáctico relativamente plano , que junto con el Anillo de Monoceros se sugirió que era principalmente el resultado de las oscilaciones del disco y que envolvía la Vía Láctea, con un diámetro de al menos 50 kpc (160.000 años luz), [126] que puede ser parte del propio disco exterior de la Vía Láctea, lo que hace que el disco estelar sea más grande al aumentar a este tamaño. [127] Un artículo más reciente de 2018 descartó más tarde esta hipótesis y respaldó la conclusión de que el Anillo de Monoceros, A13 y el Anillo TriAnd eran sobredensidades estelares más bien expulsadas del disco estelar principal, y se encontró que la dispersión de velocidad de las estrellas RR Lyrae era mayor y consistente con la pertenencia al halo. [128]

Otro estudio de 2018 reveló la muy probable presencia de estrellas de disco a 26–31,5 kpc (84.800–103.000 años luz) del centro galáctico o quizás incluso más lejos, significativamente más allá de aproximadamente 13–20 kpc (40.000–70.000 años luz), en el que alguna vez se creyó que era la caída abrupta de la densidad estelar del disco, lo que significa que se esperaba que pocas o ninguna estrella estuvieran por encima de este límite, a excepción de las estrellas que pertenecen a la antigua población del halo galáctico. [11] [129] [130]

Un estudio de 2020 predijo que el borde del halo de materia oscura de la Vía Láctea tendría alrededor de 292 ± 61  kpc (952 000 ± 199 000  años luz ), lo que se traduce en un diámetro de 584 ± 122  kpc (1,905 ± 0,3979  millones de años luz ). [26] [27] También se estima que el disco estelar de la Vía Láctea tiene un espesor de aproximadamente hasta 1,35 kpc (4000 años luz). [131] [132]

Masa

Perfil esquemático de la Vía Láctea.
Abreviaturas: GNP/GSP: Polos Norte y Sur Galácticos

La Vía Láctea tiene aproximadamente entre 890 mil millones y 1,54 billones de veces la masa del Sol en total (8,9 × 1011 a 1,54 × 1012 masas solares), [7] [8] [9] aunque las estrellas y los planetas constituyen solo una pequeña parte de esto. Las estimaciones de la masa de la Vía Láctea varían, dependiendo del método y los datos utilizados. El extremo inferior del rango de estimación es 5,8 × 1011  masas solares ( M ☉ ), algo menos que la de la galaxia de Andrómeda . [133] [134] [135] Las mediciones realizadas con el Very Long Baseline Array en 2009 encontraron velocidades de hasta 254 km/s (570.000 mph) para estrellas en el borde exterior de la Vía Láctea. [136]

Debido a que la velocidad orbital depende de la masa total dentro del radio orbital, esto sugiere que la Vía Láctea es más masiva, aproximadamente igualando la masa de la Galaxia de Andrómeda en 7 × 1011  M ☉ a 160.000 años luz (49 kpc) de su centro. [137] En 2010, una medición de la velocidad radial de las estrellas del halo encontró que la masa encerrada dentro de 80 kilo parsecs es 7 × 1011  M ☉ . [138] En un estudio de 2014, se estima que la masa de toda la Vía Láctea es 8,5 × 1011  M ☉ , [139] pero esto es solo la mitad de la masa de la Galaxia de Andrómeda. [139] Una estimación reciente de la masa de 2019 para la Vía Láctea es 1,29 × 1012  M ☉ . [140]

Gran parte de la masa de la Vía Láctea parece ser materia oscura , una forma de materia desconocida e invisible que interactúa gravitacionalmente con la materia ordinaria. Se cree que un halo de materia oscura se extiende de manera relativamente uniforme a una distancia superior a los cien kiloparsecs (kpc) desde el centro galáctico. Los modelos matemáticos de la Vía Láctea sugieren que la masa de la materia oscura es de 1–1,5 × 1012  M ☉ . [141] [142] [143] Los estudios de 2013 y 2014 indican un rango de masa tan grande como 4,5 × 1012  M ☉ [144] y tan pequeños como 8 × 1011  M ☉ . [145] En comparación, se estima que la masa total de todas las estrellas de la Vía Láctea está entre 4,6 × 1010  M ☉ [146] y 6,43 × 1010  M ☉ . [141]

Además de las estrellas, también hay gas interestelar, que comprende un 90% de hidrógeno y un 10% de helio en masa, [147] [ ¿fuente poco fiable? ] con dos tercios del hidrógeno encontrado en forma atómica y el tercio restante como hidrógeno molecular . [148] La masa del gas interestelar de la Vía Láctea es igual a entre el 10% [148] y el 15% [147] de la masa total de sus estrellas. El polvo interestelar representa un 1% adicional de la masa total del gas. [147]

En marzo de 2019, los astrónomos informaron que la masa virial de la Vía Láctea es de 1,54 billones de masas solares en un radio de aproximadamente 39,5 kpc (130.000 años luz), más del doble de lo que se determinó en estudios anteriores, lo que sugiere que aproximadamente el 90% de la masa de la galaxia es materia oscura . [7] [8]

En septiembre de 2023, los astrónomos informaron que la masa virial de la Vía Láctea es de solo 2,06 10 11 masas solares , solo una décima parte de la masa de estudios anteriores. La masa se determinó a partir de datos de la sonda espacial Gaia . [149]

Contenido

La Vía Láctea contiene entre 100 y 400 mil millones de estrellas [12] [13] y al menos esa misma cantidad de planetas. [150] Una cifra exacta dependería de contar el número de estrellas de muy baja masa, que son difíciles de detectar, especialmente a distancias de más de 300 años luz (90 pc) del Sol. A modo de comparación, la vecina galaxia de Andrómeda contiene aproximadamente un billón (10 12 ) de estrellas. [151] La Vía Láctea puede contener diez mil millones de enanas blancas , mil millones de estrellas de neutrones y cien millones de agujeros negros estelares . [f] [154] [155] Llenando el espacio entre las estrellas hay un disco de gas y polvo llamado medio interestelar . Este disco tiene al menos una extensión comparable en radio a las estrellas, [156] mientras que el espesor de la capa de gas varía desde cientos de años luz para el gas más frío hasta miles de años luz para el gas más cálido. [157] [158]

El disco de estrellas de la Vía Láctea no tiene un borde afilado más allá del cual no haya estrellas. Más bien, la concentración de estrellas disminuye con la distancia desde el centro de la Vía Láctea. Más allá de un radio de aproximadamente 40.000 años luz (13 kpc) desde el centro, el número de estrellas por parsec cúbico cae mucho más rápido con el radio. [120] Alrededor del disco galáctico hay un halo galáctico esférico de estrellas y cúmulos globulares que se extiende más hacia afuera, pero está limitado en tamaño por las órbitas de dos satélites de la Vía Láctea, las Nubes de Magallanes Grande y Pequeña , cuyo acercamiento más cercano al Centro Galáctico es de unos 180.000 años luz (55 kpc). [159] A esta distancia o más allá, las órbitas de la mayoría de los objetos del halo se verían alteradas por las Nubes de Magallanes. Por lo tanto, dichos objetos probablemente serían expulsados ​​de las proximidades de la Vía Láctea. Se estima que la magnitud visual absoluta integrada de la Vía Láctea es de alrededor de −20,9. [160] [161] [g]

Tanto las observaciones de microlente gravitacional como las de tránsito planetario indican que puede haber al menos tantos planetas ligados a estrellas como estrellas en la Vía Láctea, [32] [162] y las mediciones de microlente indican que hay más planetas rebeldes no ligados a estrellas anfitrionas que estrellas. [163] [164] La Vía Láctea contiene un promedio de al menos un planeta por estrella, lo que resulta en 100-400 mil millones de planetas, según un estudio de enero de 2013 del sistema estelar de cinco planetas Kepler-32 por el observatorio espacial Kepler . [33] Un análisis diferente de enero de 2013 de los datos de Kepler estimó que al menos 17 mil millones de exoplanetas del tamaño de la Tierra residen en la Vía Láctea. [165]

En noviembre de 2013, los astrónomos informaron, basándose en datos de la misión espacial Kepler , que podría haber hasta 40 mil millones de planetas del tamaño de la Tierra orbitando en las zonas habitables de estrellas similares al Sol y enanas rojas dentro de la Vía Láctea. [166] [167] [168] 11 mil millones de estos planetas estimados pueden estar orbitando estrellas similares al Sol. [169] El exoplaneta más cercano puede estar a 4,2 años luz de distancia, orbitando la enana roja Proxima Centauri , según un estudio de 2016. [170] Estos planetas del tamaño de la Tierra pueden ser más numerosos que los gigantes gaseosos, [32] aunque más difíciles de detectar a grandes distancias dado su pequeño tamaño. Además de los exoplanetas, también se han detectado " exocometas ", cometas más allá del Sistema Solar, y pueden ser comunes en la Vía Láctea. [171] Más recientemente, en noviembre de 2020, se estima que existen más de 300 millones de exoplanetas habitables en la Vía Láctea. [172]

En comparación con otras galaxias más distantes del universo, la Vía Láctea tiene una cantidad de luminosidad de neutrinos inferior a la media, lo que convierte a nuestra galaxia en un "desierto de neutrinos". [173]

Estructura

Vista general de los diferentes elementos de la estructura general de la Vía Láctea

La Vía Láctea consiste en una región central en forma de barra rodeada por un disco deformado de gas, polvo y estrellas. [174] [175] La distribución de masa dentro de la Vía Láctea se parece mucho al tipo Sbc en la clasificación de Hubble , que representa galaxias espirales con brazos relativamente sueltos. [5] Los astrónomos comenzaron a conjeturar que la Vía Láctea es una galaxia espiral barrada , en lugar de una galaxia espiral ordinaria , en la década de 1960. [176] [177] [178] Estas conjeturas fueron confirmadas por las observaciones del Telescopio Espacial Spitzer en 2005 que mostraron que la barra central de la Vía Láctea era más grande de lo que se pensaba anteriormente. [179]

Centro Galáctico

El Sol está a 25.000–28.000 años luz (7,7–8,6 kpc) del centro galáctico. Este valor se estima utilizando métodos basados ​​en la geometría o midiendo objetos astronómicos seleccionados que sirven como velas estándar , con diferentes técnicas que producen varios valores dentro de este rango aproximado. [181] [103] [34] [182] [183] ​​[184] En los pocos kiloparsecs interiores (alrededor de 10.000 años luz de radio) hay una densa concentración de estrellas en su mayoría viejas en una forma aproximadamente esferoidal llamada bulbo . [185] Se ha propuesto que la Vía Láctea carece de un bulbo debido a una colisión y fusión entre galaxias anteriores , y que en su lugar solo tiene un pseudobulbo formado por su barra central. [186] Sin embargo, en la literatura abunda la confusión entre la estructura en forma de cáscara de maní creada por inestabilidades en la barra y un posible abultamiento con un radio de media luz esperado de 0,5 kpc. [187]

El centro galáctico está marcado por una intensa fuente de radio llamada Sagitario A* (pronunciado Sagitario A-estrella ). El movimiento de material alrededor del centro indica que Sagitario A* alberga un objeto masivo y compacto. [188] Esta concentración de masa se explica mejor como un agujero negro supermasivo [h] [181] [189] (SMBH) con una masa estimada de 4,1 a 4,5 millones de veces la masa del Sol . [189] La tasa de acreción del SMBH es consistente con un núcleo galáctico inactivo , que se estima en1 × 10 −5  M ☉ por año. [190] Las observaciones indican que hay SMBH ubicados cerca del centro de la mayoría de las galaxias normales. [191] [192]

La naturaleza de la barra de la Vía Láctea es objeto de un intenso debate, con estimaciones de su longitud media y orientación que abarcan desde 1 a 5 kpc (3.000–16.000 años luz) y 10–50 grados en relación con la línea de visión desde la Tierra hasta el centro galáctico. [183] ​​[184] [193] Algunos autores defienden que la Vía Láctea presenta dos barras distintas, una enclavada dentro de la otra. [194] Sin embargo, las estrellas de tipo RR Lyrae no trazan una barra galáctica prominente. [184] [195] [196] La barra puede estar rodeada por un anillo llamado "anillo de 5 kpc" que contiene una gran fracción del hidrógeno molecular presente en la Vía Láctea, así como la mayor parte de la actividad de formación estelar de la Vía Láctea . Vista desde la galaxia de Andrómeda , sería la característica más brillante de la Vía Láctea. [197] La ​​emisión de rayos X del núcleo está alineada con las estrellas masivas que rodean la barra central [190] y la cresta galáctica . [198]

En junio de 2023, los astrónomos informaron haber utilizado una nueva técnica de neutrinos en cascada [199] para detectar, por primera vez, la liberación de neutrinos del plano galáctico de la galaxia Vía Láctea , creando la primera vista de neutrinos de la Vía Láctea. [200] [201]

Rayos gamma y rayos X

Imagen de rayos X de todo el cielo

Desde 1970, varias misiones de detección de rayos gamma han descubierto rayos gamma de 511 keV que provienen de la dirección general del Centro Galáctico. Estos rayos gamma son producidos por positrones (antielectrones) que se aniquilan con electrones . En 2008 se descubrió que la distribución de las fuentes de los rayos gamma se asemeja a la distribución de los sistemas binarios de rayos X de baja masa , lo que parece indicar que estos sistemas binarios de rayos X están enviando positrones (y electrones) al espacio interestelar donde se desaceleran y se aniquilan. [202] [203] [204] Las observaciones fueron realizadas por los satélites de la NASA y la ESA . En 1970, los detectores de rayos gamma descubrieron que la región emisora ​​tenía unos 10.000 años luz de diámetro con una luminosidad de unos 10.000 soles. [203]

Ilustración de las dos gigantescas burbujas de rayos X / rayos gamma (azul-violeta) de la Vía Láctea (centro)

En 2010, se detectaron dos gigantescas burbujas esféricas de emisión gamma de alta energía al norte y al sur del núcleo de la Vía Láctea, utilizando datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi . El diámetro de cada una de las burbujas es de unos 25.000 años luz (7,7 kpc) (o aproximadamente 1/4 del diámetro estimado de la galaxia); se extienden hasta Grus y Virgo en el cielo nocturno del hemisferio sur. [205] [206] Posteriormente, las observaciones con el Telescopio Parkes en frecuencias de radio identificaron una emisión polarizada que está asociada con las burbujas de Fermi. Estas observaciones se interpretan mejor como un flujo de salida magnetizado impulsado por la formación de estrellas en los 640 años luz centrales (200 pc) de la Vía Láctea. [207]

Más tarde, el 5 de enero de 2015, la NASA informó haber observado una llamarada de rayos X 400 veces más brillante de lo habitual, un récord, procedente de Sagitario A*. El inusual evento puede haber sido causado por la fragmentación de un asteroide que cayó en el agujero negro o por el entrelazamiento de las líneas del campo magnético dentro del gas que fluye hacia Sagitario A*. [180]

Brazos espirales

Estructura observada (líneas normales) y extrapolada (líneas de puntos) de los brazos espirales de la Vía Láctea, vistos desde el norte de la galaxia: en esta vista, la galaxia gira en el sentido de las agujas del reloj. Las líneas grises que irradian desde la posición del Sol (centro superior) indican las abreviaturas de tres letras de las constelaciones correspondientes.

Fuera de la influencia gravitatoria de la barra galáctica, la estructura del medio interestelar y las estrellas en el disco de la Vía Láctea está organizada en cuatro brazos espirales. [208] Los brazos espirales típicamente contienen una mayor densidad de gas y polvo interestelar que el promedio galáctico, así como una mayor concentración de formación estelar, como lo rastrean las regiones H II [209] [210] y las nubes moleculares . [211]

La estructura espiral de la Vía Láctea es incierta, y actualmente no hay consenso sobre la naturaleza de los brazos de la Vía Láctea. [212] Los patrones espirales logarítmicos perfectos solo describen de manera burda las características cercanas al Sol, [210] [213] porque las galaxias comúnmente tienen brazos que se ramifican, se fusionan, se tuercen inesperadamente y presentan un grado de irregularidad. [184] [213] [214] El posible escenario del Sol dentro de un espolón / brazo local [210] enfatiza ese punto e indica que tales características probablemente no sean únicas y existan en otras partes de la Vía Láctea. [213] Las estimaciones del ángulo de inclinación de los brazos varían de aproximadamente 7° a 25°. [156] [215] Se cree que hay cuatro brazos espirales que comienzan cerca del centro de la Vía Láctea. [216] Estos se nombran de la siguiente manera, con las posiciones de los brazos que se muestran en la imagen:

Dos brazos espirales, el brazo Scutum-Centaurus y el brazo Carina-Sagitario, tienen puntos tangentes dentro de la órbita del Sol alrededor del centro de la Vía Láctea. Si estos brazos contienen una sobredensidad de estrellas en comparación con la densidad promedio de estrellas en el disco galáctico, sería detectable contando las estrellas cerca del punto tangente. Dos estudios de luz infrarroja cercana, que es sensible principalmente a las gigantes rojas y no se ve afectada por la extinción del polvo, detectaron la sobreabundancia predicha en el brazo Scutum-Centaurus pero no en el brazo Carina-Sagitario: el brazo Scutum-Centaurus contiene aproximadamente un 30% más de gigantes rojas de lo que se esperaría en ausencia de un brazo espiral. [215] [218]

Esta observación sugiere que la Vía Láctea posee solo dos brazos estelares principales: el brazo de Perseo y el brazo de Scutum-Centaurus. El resto de los brazos contienen exceso de gas, pero no exceso de estrellas viejas. [212] En diciembre de 2013, los astrónomos descubrieron que la distribución de estrellas jóvenes y regiones de formación estelar coincide con la descripción de espiral de cuatro brazos de la Vía Láctea. [219] [220] [221] Por lo tanto, la Vía Láctea parece tener dos brazos espirales, tal como los trazados por las estrellas viejas, y cuatro brazos espirales, tal como los trazados por el gas y las estrellas jóvenes. La explicación de esta aparente discrepancia no está clara. [221]

El Brazo Cercano de 3 kpc (también llamado Brazo Expansivo de 3 kpc o simplemente Brazo de 3 kpc ) fue descubierto en la década de 1950 por el astrónomo van Woerden y colaboradores a través de mediciones de radio de 21 centímetros de H I ( hidrógeno atómico ). [222] [223] Se encontró que se estaba expandiendo lejos del bulbo central a más de 50  km/s . Está ubicado en el cuarto cuadrante galáctico a una distancia de aproximadamente 5,2  kpc del Sol y 3,3 kpc del Centro Galáctico . El Brazo Lejano de 3 kpc fue descubierto en 2008 por el astrónomo Tom Dame ( Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian ). Está ubicado en el primer cuadrante galáctico a una distancia de 3  kpc (aproximadamente 10.000  años luz ) del Centro Galáctico. [223] [224]

Una simulación publicada en 2011 sugirió que la Vía Láctea puede haber obtenido su estructura de brazo espiral como resultado de colisiones repetidas con la galaxia elíptica enana de Sagitario . [225]

Se ha sugerido que la Vía Láctea contiene dos patrones espirales diferentes: uno interno, formado por el brazo de Sagitario, que gira rápidamente y uno externo, formado por los brazos de Carina y Perseo, cuya velocidad de rotación es más lenta y cuyos brazos están fuertemente enrollados. En este escenario, sugerido por simulaciones numéricas de la dinámica de los diferentes brazos espirales, el patrón externo formaría un pseudoanillo externo [226] y los dos patrones estarían conectados por el brazo de Cygnus [227] .

Fuera de los brazos espirales principales se encuentra el Anillo de Monoceros (o Anillo Exterior), un anillo de gas y estrellas arrancado de otras galaxias hace miles de millones de años. Sin embargo, varios miembros de la comunidad científica han reafirmado recientemente su posición afirmando que la estructura de Monoceros no es más que una sobredensidad producida por el disco grueso , ensanchado y deformado de la Vía Láctea. [228] La estructura del disco de la Vía Láctea está deformada a lo largo de una curva en forma de "S" . [229]

Halo

El disco galáctico está rodeado por un halo esferoidal de estrellas viejas y cúmulos globulares , de los cuales el 90% se encuentran a 100.000 años luz (30 kpc) del centro galáctico. [230] Sin embargo, se han encontrado algunos cúmulos globulares más lejos, como PAL 4 y AM 1 a más de 200.000 años luz del centro galáctico. Alrededor del 40% de los cúmulos de la Vía Láctea están en órbitas retrógradas , lo que significa que se mueven en la dirección opuesta a la rotación de la Vía Láctea. [231] Los cúmulos globulares pueden seguir órbitas en roseta alrededor de la Vía Láctea, en contraste con la órbita elíptica de un planeta alrededor de una estrella. [232]

Aunque el disco contiene polvo que oscurece la visión en algunas longitudes de onda, el componente del halo no lo hace. La formación activa de estrellas tiene lugar en el disco (especialmente en los brazos espirales, que representan áreas de alta densidad), pero no en el halo, ya que hay poco gas frío que pueda colapsar y formar estrellas. [112] Los cúmulos abiertos también se encuentran principalmente en el disco. [233]

Los descubrimientos de principios del siglo XXI han añadido dimensión al conocimiento de la estructura de la Vía Láctea. Con el descubrimiento de que el disco de la galaxia de Andrómeda (M31) se extiende mucho más lejos de lo que se pensaba anteriormente, [234] la posibilidad de que el disco de la Vía Láctea se extienda más es evidente, y esto está respaldado por la evidencia del descubrimiento de la extensión del Brazo Exterior del Brazo del Cisne [217] [235] y de una extensión similar del Brazo de Escudo-Centauro . [236] Con el descubrimiento de la galaxia elíptica enana de Sagitario llegó el descubrimiento de una cinta de desechos galácticos a medida que la órbita polar de la enana y su interacción con la Vía Láctea la desgarran. De manera similar, con el descubrimiento de la galaxia enana Canis Major , se encontró que un anillo de desechos galácticos de su interacción con la Vía Láctea rodea el disco galáctico. [ cita requerida ]

El Sloan Digital Sky Survey del cielo del norte muestra una estructura enorme y difusa (que se extiende a lo largo de un área de alrededor de 5.000 veces el tamaño de una luna llena) dentro de la Vía Láctea que no parece encajar en los modelos actuales. La colección de estrellas se eleva casi perpendicular al plano de los brazos espirales de la Vía Láctea. La interpretación probable propuesta es que una galaxia enana se está fusionando con la Vía Láctea. Esta galaxia se llama provisionalmente Corriente Estelar de Virgo y se encuentra en la dirección de Virgo a unos 30.000 años luz (9 kpc) de distancia. [237]

Halo gaseoso

Además del halo estelar, el Observatorio de rayos X Chandra , XMM-Newton y Suzaku han proporcionado evidencia de que también existe un halo gaseoso que contiene una gran cantidad de gas caliente. Este halo se extiende por cientos de miles de años luz, mucho más lejos que el halo estelar y cerca de la distancia de las Grandes y Pequeñas Nubes de Magallanes . La masa de este halo caliente es casi equivalente a la masa de la propia Vía Láctea. [238] [239] [240] La temperatura de este gas del halo está entre 1 y 2,5 millones de K (1,8 y 4,5 millones de °F). [241]

Las observaciones de galaxias distantes indican que el Universo tenía aproximadamente una sexta parte de la materia bariónica (ordinaria) que la materia oscura cuando tenía apenas unos pocos miles de millones de años. Sin embargo, sólo alrededor de la mitad de esos bariones se contabilizan en el Universo moderno según las observaciones de galaxias cercanas como la Vía Láctea. [242] Si se confirma el hallazgo de que la masa del halo es comparable a la masa de la Vía Láctea, podría tratarse de la identidad de los bariones que faltan alrededor de la Vía Láctea. [242]

Rotación galáctica

Curva de rotación de la galaxia de la Vía Láctea: el eje vertical es la velocidad de rotación alrededor del centro galáctico; el eje horizontal es la distancia desde el centro galáctico en kpc; el sol está marcado con una bola amarilla; la curva observada de velocidad de rotación es azul; la curva predicha basada en la masa estelar y el gas en la Vía Láctea es roja; la dispersión en las observaciones se indica aproximadamente con barras grises, la diferencia se debe a la materia oscura [243] [244] [245]

Las estrellas y el gas de la Vía Láctea giran alrededor de su centro de forma diferencial , lo que significa que el período de rotación varía con la ubicación. Como es típico en las galaxias espirales, la velocidad orbital de la mayoría de las estrellas de la Vía Láctea no depende en gran medida de su distancia al centro. Lejos del bulbo central o del borde exterior, la velocidad orbital estelar típica está entre 210 ± 10 km/s (470.000 ± 22.000 mph). [246] Por lo tanto, el período orbital de la estrella típica es directamente proporcional solo a la longitud del camino recorrido. Esto es diferente a la situación dentro del Sistema Solar, donde domina la dinámica gravitacional de dos cuerpos y las diferentes órbitas tienen velocidades significativamente diferentes asociadas con ellas. La curva de rotación (que se muestra en la figura) describe esta rotación. Hacia el centro de la Vía Láctea, las velocidades orbitales son demasiado bajas, mientras que más allá de 7 kpc las velocidades son demasiado altas para coincidir con lo que se esperaría de la ley universal de la gravitación. [ cita requerida ]

Si la Vía Láctea contuviera únicamente la masa observada en las estrellas, el gas y otra materia bariónica (ordinaria), la velocidad de rotación disminuiría con la distancia al centro. Sin embargo, la curva observada es relativamente plana, lo que indica que hay masa adicional que no se puede detectar directamente con la radiación electromagnética. Esta inconsistencia se atribuye a la materia oscura. [243] La curva de rotación de la Vía Láctea concuerda con la curva de rotación universal de las galaxias espirales, la mejor evidencia de la existencia de materia oscura en las galaxias. Alternativamente, una minoría de astrónomos propone que una modificación de la ley de la gravedad puede explicar la curva de rotación observada. [247]

Formación

Historia

Un diagrama de color-magnitud de galaxias que muestra la secuencia roja (galaxias antiguas, típicamente galaxias elípticas), el valle verde (donde se cree que está la Vía Láctea) y la nube azul (galaxias jóvenes, típicamente galaxias espirales).

La Vía Láctea comenzó como una o varias pequeñas sobredensidades en la distribución de masa en el Universo poco después del Big Bang hace 13.61 mil millones de años. [248] [249] [250] Algunas de estas sobredensidades fueron las semillas de los cúmulos globulares en los que se formaron las estrellas más antiguas que quedan en lo que ahora es la Vía Láctea. Casi la mitad de la materia de la Vía Láctea puede haber venido de otras galaxias distantes. [248] Estas estrellas y cúmulos ahora comprenden el halo estelar de la Vía Láctea. A los pocos miles de millones de años del nacimiento de las primeras estrellas, la masa de la Vía Láctea era lo suficientemente grande como para que girara relativamente rápido. Debido a la conservación del momento angular , esto llevó al medio interestelar gaseoso a colapsar desde una forma aproximadamente esferoidal a un disco. Por lo tanto, las generaciones posteriores de estrellas se formaron en este disco espiral. Se observa que la mayoría de las estrellas más jóvenes, incluido el Sol, están en el disco. [251] [252]

Desde que comenzaron a formarse las primeras estrellas, la Vía Láctea ha crecido a través de fusiones de galaxias (particularmente al principio de su crecimiento) y de la acumulación de gas directamente desde el halo galáctico. [252] Actualmente, la Vía Láctea está acumulando material de varias galaxias pequeñas, incluidas dos de sus galaxias satélite más grandes, las Nubes de Magallanes Grande y Pequeña , a través de la Corriente de Magallanes . La acumulación directa de gas se observa en nubes de alta velocidad como la Nube de Smith . [253] [254]

Las simulaciones cosmológicas indican que, hace 11 mil millones de años, se fusionó con una galaxia particularmente grande que ha sido etiquetada como Kraken . [255] [256] Las propiedades de la Vía Láctea, como la masa estelar, el momento angular y la metalicidad en sus regiones más externas, sugieren que no ha sufrido fusiones con grandes galaxias en los últimos 10 mil millones de años. Esta falta de fusiones importantes recientes es inusual entre galaxias espirales similares. Su vecina, la galaxia de Andrómeda, parece tener una historia más típica moldeada por fusiones más recientes con galaxias relativamente grandes. [257] [258]

Según estudios recientes, tanto la Vía Láctea como la Galaxia de Andrómeda se encuentran en lo que en el diagrama de color-magnitud de la galaxia se conoce como el "valle verde", una región poblada por galaxias en transición desde la "nube azul" (galaxias que forman nuevas estrellas activamente) a la "secuencia roja" (galaxias que carecen de formación de estrellas). La actividad de formación de estrellas en las galaxias del valle verde se está ralentizando a medida que se agota el gas formador de estrellas en el medio interestelar. En galaxias simuladas con propiedades similares, la formación de estrellas se habrá extinguido normalmente en unos cinco mil millones de años a partir de ahora, incluso teniendo en cuenta el aumento esperado a corto plazo en la tasa de formación de estrellas debido a la colisión entre la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda. [259] Las mediciones de otras galaxias similares a la Vía Láctea sugieren que es una de las galaxias espirales más rojas y brillantes que aún están formando nuevas estrellas y es sólo ligeramente más azul que las galaxias más azules de la secuencia roja. [260]

Edad e historia cosmológica

Comparación del cielo nocturno con el cielo nocturno de un hipotético planeta dentro de la Vía Láctea hace 10 mil millones de años, a una edad de aproximadamente 3,6 mil millones de años y 5 mil millones de años antes de que se formara el Sol. [261]

Los cúmulos globulares se encuentran entre los objetos más antiguos de la Vía Láctea, lo que establece un límite inferior para la edad de la Vía Láctea. Las edades de las estrellas individuales en la Vía Láctea se pueden estimar midiendo la abundancia de elementos radiactivos de larga duración, como el torio-232 y el uranio-238 , y luego comparando los resultados con las estimaciones de su abundancia original, una técnica llamada nucleocosmocronología . Estos arrojan valores de aproximadamente 12,5 ± 3 mil millones de años para CS 31082-001 [262] y 13,8 ± 4 mil millones de años para BD +17° 3248. [ 263]

Una vez que se forma una enana blanca , comienza a experimentar un enfriamiento radiativo y la temperatura de la superficie desciende de manera constante. Al medir las temperaturas de las enanas blancas más frías y compararlas con su temperatura inicial esperada, se puede hacer una estimación de la edad. Con esta técnica, la edad del cúmulo globular M4 se estimó en 12,7 ± 0,7 mil millones de años . Las estimaciones de la edad del más antiguo de estos cúmulos dan una estimación de ajuste óptimo de 12,6 mil millones de años y un límite superior de confianza del 95% de 16 mil millones de años. [264]

En noviembre de 2018, los astrónomos informaron del descubrimiento de una de las estrellas más antiguas del universo. 2MASS J18082002-5104378 B , de unos 13.500 millones de años, es una diminuta estrella ultra pobre en metales (UMP) compuesta casi en su totalidad por materiales liberados del Big Bang , y es posiblemente una de las primeras estrellas. El descubrimiento de la estrella en la Vía Láctea sugiere que la galaxia puede ser al menos 3.000 millones de años más antigua de lo que se creía anteriormente. [265] [266] [267]

Se han encontrado varias estrellas individuales en el halo de la Vía Láctea con edades medidas muy cercanas a los 13.800 millones de años de edad del Universo . En 2007, se estimó que una estrella en el halo galáctico, HE 1523-0901 , tenía unos 13.200 millones de años. Como el objeto más antiguo conocido en la Vía Láctea en ese momento, esta medición colocó un límite inferior en la edad de la Vía Láctea. [268] Esta estimación se realizó utilizando el Espectrógrafo UV-Visual Echelle del Very Large Telescope para medir las intensidades relativas de las líneas espectrales causadas por la presencia de torio y otros elementos creados por el proceso R. Las intensidades de las líneas producen abundancias de diferentes isótopos elementales , de los cuales se puede derivar una estimación de la edad de la estrella utilizando nucleocosmocronología . [268] Otra estrella, HD 140283 , tiene 14.5 ± 0.700 millones de años. [37] [269]

Según observaciones que utilizan óptica adaptativa para corregir la distorsión atmosférica de la Tierra, las estrellas en el bulbo de la galaxia tienen alrededor de 12.800 millones de años. [270]

La edad de las estrellas en el disco delgado galáctico también se ha estimado utilizando la nucleocosmocronología. Las mediciones de estrellas del disco delgado arrojan una estimación de que el disco delgado se formó hace 8.8 ± 1.7 mil millones de años. Estas mediciones sugieren que hubo un hiato de casi 5 mil millones de años entre la formación del halo galáctico y el disco delgado. [271] Análisis recientes de las firmas químicas de miles de estrellas sugieren que la formación estelar podría haber disminuido en un orden de magnitud en el momento de la formación del disco, hace entre 10 y 8 mil millones de años, cuando el gas interestelar estaba demasiado caliente para formar nuevas estrellas al mismo ritmo que antes. [272]

Las galaxias satélite que rodean la Vía Láctea no están distribuidas aleatoriamente, sino que parecen ser el resultado de la ruptura de un sistema mayor que produjo una estructura de anillo de 500.000 años luz de diámetro y 50.000 años luz de ancho. [273] Los encuentros cercanos entre galaxias, como el que se espera que ocurra dentro de 4 mil millones de años con la galaxia de Andrómeda, pueden arrancar enormes colas de gas que, con el tiempo, pueden fusionarse para formar galaxias enanas en un anillo en un ángulo arbitrario con respecto al disco principal. [274]

Barrio intergaláctico

La Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda son un sistema binario de galaxias espirales gigantes que pertenecen a un grupo de 50 galaxias estrechamente unidas conocido como el Grupo Local , rodeado por un Vacío Local, que a su vez es parte de la Capa Local [275] y, a su vez, del Supercúmulo de Virgo . Alrededor del Supercúmulo de Virgo hay una serie de vacíos, desprovistos de muchas galaxias, el Vacío Microscopium al "norte", el Vacío Sculptor a la "izquierda", el Vacío Boötes a la "derecha" y el Vacío Canes-Major al "sur". Estos vacíos cambian de forma con el tiempo, creando estructuras filamentosas de galaxias. El Supercúmulo de Virgo, por ejemplo, está siendo atraído hacia el Gran Atractor , [276] que a su vez forma parte de una estructura mayor, llamada Laniakea . [277]

Dos galaxias más pequeñas y varias galaxias enanas del Grupo Local orbitan la Vía Láctea. La más grande de ellas es la Gran Nube de Magallanes, con un diámetro de 32.200 años luz. [278] Tiene una compañera cercana, la Pequeña Nube de Magallanes . La Corriente de Magallanes es una corriente de gas hidrógeno neutro que se extiende desde estas dos pequeñas galaxias a lo largo de 100° del cielo. Se cree que la corriente ha sido arrastrada desde las Nubes de Magallanes en interacciones de marea con la Vía Láctea. [279] Algunas de las galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea son la Galaxia Enana Mayor de Canis (la más cercana), la Galaxia Elíptica Enana de Sagitario , la Galaxia Enana de la Osa Menor , la Galaxia Enana del Escultor , la Galaxia Enana de Sextans , la Galaxia Enana de Fornax y la Galaxia Enana Leo I. [280]

Las galaxias enanas más pequeñas de la Vía Láctea tienen un diámetro de tan solo 500 años luz. Entre ellas se encuentran la galaxia enana Carina , la galaxia enana Draco y la galaxia enana Leo II . Es posible que aún existan galaxias enanas no detectadas que estén dinámicamente ligadas a la Vía Láctea, lo que está respaldado por la detección de nueve nuevos satélites de la Vía Láctea en una zona relativamente pequeña del cielo nocturno en 2015. [280] Hay algunas galaxias enanas que ya han sido absorbidas por la Vía Láctea, como la progenitora de Omega Centauri . [281]

En 2005 [282], con una confirmación posterior en 2012 [283], los investigadores informaron que la mayoría de las galaxias satélite de la Vía Láctea se encuentran en un disco muy grande y orbitan en la misma dirección. Esto fue una sorpresa: según la cosmología estándar, las galaxias satélite deberían formarse en halos de materia oscura, y deberían estar ampliamente distribuidas y moverse en direcciones aleatorias. Esta discrepancia aún no se explica. [284]

En enero de 2006, los investigadores informaron que se había cartografiado la deformación hasta entonces inexplicable del disco de la Vía Láctea y se había descubierto que se trataba de una ondulación o vibración creada por la Gran y la Pequeña Nube de Magallanes a medida que orbitan la Vía Láctea, lo que provoca vibraciones cuando pasan por sus bordes. Anteriormente, se consideraba que estas dos galaxias, con un 2% de la masa de la Vía Láctea, eran demasiado pequeñas para influir en la Vía Láctea. Sin embargo, en un modelo informático, el movimiento de estas dos galaxias crea una estela de materia oscura que amplifica su influencia en la Vía Láctea. [285]

Las mediciones actuales sugieren que la galaxia de Andrómeda se está acercando a la Vía Láctea a una velocidad de entre 100 y 140 km/s (220.000 y 310.000 mph). En 4.300 millones de años, puede haber una colisión entre Andrómeda y la Vía Láctea , dependiendo de la importancia de los componentes laterales desconocidos para el movimiento relativo de las galaxias. Si chocan, la probabilidad de que las estrellas individuales colisionen entre sí es extremadamente baja, [286] pero en lugar de eso las dos galaxias se fusionarán para formar una única galaxia elíptica o tal vez una gran galaxia de disco [287] en el transcurso de unos seis mil millones de años. [288]

Velocidad

Aunque la relatividad especial establece que no existe un marco de referencia inercial "preferido" en el espacio con el cual comparar la Vía Láctea, la Vía Láctea sí tiene una velocidad con respecto a los marcos de referencia cosmológicos .

Uno de estos marcos de referencia es el flujo de Hubble , los movimientos aparentes de los cúmulos de galaxias debido a la expansión del espacio . Las galaxias individuales, incluida la Vía Láctea, tienen velocidades peculiares en relación con el flujo promedio. Por lo tanto, para comparar la Vía Láctea con el flujo de Hubble, uno debe considerar un volumen lo suficientemente grande como para que la expansión del Universo domine sobre los movimientos aleatorios locales. Un volumen lo suficientemente grande significa que el movimiento medio de las galaxias dentro de este volumen es igual al flujo de Hubble. Los astrónomos creen que la Vía Láctea se mueve a aproximadamente 630 km/s (1.400.000 mph) con respecto a este marco de referencia local de co-movimiento. [289] [290]

La Vía Láctea se mueve en la dirección general del Gran Atractor y otros cúmulos de galaxias , incluido el Supercúmulo Shapley , detrás de él. [291] El Grupo Local, un cúmulo de galaxias unidas gravitacionalmente que contiene, entre otras, la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda, es parte de un supercúmulo llamado Supercúmulo Local , centrado cerca del Cúmulo de Virgo : aunque se están alejando uno del otro a 967 km/s (2.160.000 mph) como parte del flujo de Hubble, esta velocidad es menor de lo que se esperaría dada la distancia de 16,8 millones de pc debido a la atracción gravitatoria entre el Grupo Local y el Cúmulo de Virgo. [292]

Otro marco de referencia lo proporciona el fondo cósmico de microondas (CMB), en el que la temperatura del CMB está menos distorsionada por el desplazamiento Doppler (momento dipolar cero). La Vía Láctea se mueve a 552 ± 6 km/s (1.235.000 ± 13.000 mph) [19] con respecto a este marco, hacia 10,5 ascensión recta, −24° de declinación ( época J2000 , cerca del centro de Hydra ). Este movimiento es observado por satélites como el Cosmic Background Explorer (COBE) y el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) como una contribución dipolar al CMB, ya que los fotones en equilibrio en el marco del CMB se desplazan hacia el azul en la dirección del movimiento y hacia el rojo en la dirección opuesta. [19]

Véase también

Notas

  1. ^ La distancia hacia su centro ( Sagitario A* ).
  2. ^ Este es el diámetro medido utilizando el estándar D 25. Recientemente se ha sugerido que hay una presencia de estrellas de disco más allá de este diámetro, aunque no está claro cuánto de esto influye en el perfil de brillo de la superficie. [11]
  3. ^ Algunos autores utilizan el término Vía Láctea para referirse exclusivamente a la banda de luz que la galaxia forma en el cielo nocturno, mientras que la galaxia recibe el nombre completo de Vía Láctea . Véase por ejemplo Lausten et al., [21] Pasachoff, [22] Jones, [23] van der Kruit, [24] y Hodge et al. [25]
  4. ^ Véase también Escala de cielo oscuro de Bortle .
  5. ^ El centro brillante de la galaxia se encuentra en la constelación de Sagitario . Desde Sagitario, la banda brumosa de luz blanca parece pasar hacia el oeste a través de las constelaciones de Escorpio , Ara , Norma , Triángulo Australe , Circinus , Centauro , Musca , Crux , Carina , Vela , Puppis , Canis Major , Monoceros , Orión y Géminis , Tauro , hasta el anticentro galáctico en Auriga . Desde allí, pasa por Perseo , Andrómeda , Casiopea , Cefeo y Lacerta , Cygnus , Vulpecula , Sagitta , Aquila , Ofiuco , Scutum y de regreso a Sagitario .
  6. ^ Estas estimaciones son muy inciertas, ya que la mayoría de los objetos no estelares son difíciles de detectar; por ejemplo, las estimaciones de agujeros negros varían entre diez millones y mil millones. [152] [153]
  7. ^ Karachentsev et al. dan una magnitud absoluta azul de −20,8. Combinado con un índice de color de 0,55 estimado aquí, se obtiene una magnitud visual absoluta de −21,35 (−20,8 − 0,55 = −21,35). Determinar la magnitud absoluta de la Vía Láctea es muy difícil, porque la Tierra está dentro de ella.
  8. ^ Para ver una foto, véase: «Sagitario A*: el monstruo de la Vía Láctea protagoniza un reality show cósmico». Observatorio de rayos X Chandra . Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian. 6 de enero de 2003. Archivado desde el original el 17 de marzo de 2008. Consultado el 20 de mayo de 2012 .

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    • En la página 57 Archivado el 20 de noviembre de 2016 en Wayback Machine , Wright afirmó que a pesar de su mutua atracción gravitatoria, las estrellas en las constelaciones no chocan porque están en órbita, por lo que la fuerza centrífuga las mantiene separadas: "fuerza centrífuga, que no sólo las preserva en sus órbitas, sino que evita que se apresuren todas juntas, por la ley universal común de la gravedad, ..."
    • En la página 48 Archivado el 20 de noviembre de 2016 en Wayback Machine , Wright afirmó que la forma de la Vía Láctea es un anillo: "las estrellas no están infinitamente dispersas y distribuidas de manera promiscua por todo el espacio mundano, sin orden ni diseño, ... este fenómeno [no es] otro que un cierto efecto que surge de la situación del observador, ... Para un espectador colocado en un espacio indefinido, ... es [es decir, la Vía Láctea ( Via Lactea )] [es] un vasto anillo de estrellas ..."
    • En la página 65, archivada el 20 de noviembre de 2016 en Wayback Machine , Wright especuló que el cuerpo central de la Vía Láctea, alrededor del cual gira el resto de la galaxia, podría no ser visible para nosotros: "el cuerpo central A, suponiéndose como incognitum [es decir, un desconocido], sin [es decir, fuera de] la vista finita; ..."
    • En la página 73, archivada el 20 de noviembre de 2016 en Wayback Machine , Wright llamó a la Vía Láctea Vortex Magnus (el gran remolino) y estimó que su diámetro era de 8,64×10 12 millas (13,9×10 12 km).
    • En la página 33 Archivado el 20 de noviembre de 2016 en Wayback Machine , Wright especuló que hay una gran cantidad de planetas habitados en la galaxia: "por lo tanto, podemos suponer con justicia que tantos cuerpos radiantes [es decir, estrellas] no fueron creados simplemente para iluminar un vacío infinito, sino para... mostrar un universo infinito sin forma, lleno de miríadas de mundos gloriosos, todos girando de manera variada a su alrededor; y... con una inconcebible variedad de seres y estados, animados..."
  83. ^ Immanuel Kant, Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels Archivado el 20 de noviembre de 2016 en Wayback Machine [ Historia natural general y teoría del cielo ], (Koenigsberg y Leipzig, (Alemania): Johann Friederich Petersen, 1755). En las páginas 2 y 3, Kant reconoció su deuda con Thomas Wright: "Dem Herrn Wright von Durham, einen Engeländer, war es vorbehalten, einen glücklichen Schritt zu einer Bemerkung zu thun, welche von ihm selber zu keiner gar zu tüchtigen Absicht gebraucht zu seyn scheinet, und deren nützliche Anwendung er nicht genugsam beobachtet hat Er betrachtete die Fixsterne nicht als ein ungeordnetes und ohne Absicht zerstreutes Gewimmel, sondern er fand eine systematische Verfassung im Ganzen, und eine allgemeine Beziehung dieser Gestirne gegen einen Hauptplan. der Raume, die sie einnehmen ". ("Al señor Wright de Durham, un inglés, le correspondía dar un paso feliz hacia una observación que, a él y a nadie más, le parecía necesaria para una idea inteligente, cuya explotación no había logrado. "No estudió suficientemente. Consideró las estrellas fijas no como un enjambre desorganizado que se dispersaba sin un propósito, sino que encontró una forma sistemática en el conjunto y una relación general entre estas estrellas y el plano principal del espacio que ocupan". )
  84. ^ Kant (1755), páginas xxxiii-xxxvi del Prefacio (Vorrede): Archivado el 20 de noviembre de 2016 en Wayback Machine : "Ich betrachtete die Art neblichter Sterne, deren Herr von Maupertuis in der Abhandlung von der Figur der Gestirne gedenket, und die die Figur von mehr oder weniger offenen Ellipsen vorstellen, und versicherte mich leicht, daß sie nichts anders als eine Häufung vieler Fixsterne seyn können Die jederzeit abgemessene Rundung dieser Figuren belehrte mich, daß hier ein unbegreiflich zahlreiches Sternenheer, und zwar um ein. en gemeinschaftlichen Mittelpunkt, müste geordnet Seyn, weil sonst ihre freye Stellungen gegen einander, wohl irreguläre Gestalten, aber nicht abgemessene Figuren vorstellen würden. Ich sahe auch ein: daß sie in dem System, darinn sie sich vereinigt befinden, vornemlich auf eine Fläche beschränkt seyn müßten, weil sie nicht zirkelrunde, sondern elliptische Figuren abbilden, und daß sie wegen ihres blassen Lichts unbegreiflich weit von uns abstehen." ("Consideré el tipo de estrellas nebulosas, que el Sr. de Maupertuis consideró en su tratado sobre la forma de las estrellas, y que presentan las figuras de elipses más o menos abiertas, y me aseguré fácilmente de que no podían ser otra cosa que Un cúmulo de estrellas fijas. El hecho de que estas figuras siempre se midieran en redondo me informó de que aquí una multitud inconcebiblemente numerosa de estrellas, [que se agrupaban] alrededor de un centro común, debía estar ordenada, porque de lo contrario sus posiciones libres entre sí probablemente presentarían formas irregulares. , no son figuras mensurables. También me di cuenta de que en el sistema en el que se encuentran atados, deben estar restringidos principalmente a un plano, porque no muestran figuras circulares, sino elípticas, y que debido a su luz tenue, son " situado inconcebiblemente lejos de nosotros."")
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    En la traducción al inglés: Alexander von Humboldt con EC Otté , trad., Cosmos ... (Nueva York: Harper & Brothers, 1897), vols. 3-5. véase pág. 147 Archivado el 6 de noviembre de 2018 en Wayback Machine .
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