Los astrónomos aún no pueden decir exactamente cuántas galaxias existen. La estimación actual está en algún lugar entre 200 mil millones (2×10^11) y 2 billones, y ese rango en sí mismo cuenta una historia: cada vez que los telescopios mejoraban en detectar débiles y lejanas manchas de luz, el conteo se disparaba.
Una galaxia, en su forma más simple, es una colección de estrellas, gas, polvo y materia oscura unida gravitacionalmente. Pero "galaxia" cubre un rango enorme de objetos. Las galaxias promedian alrededor de 100 millones de estrellas y van desde enanas con menos de mil estrellas hasta supergigantes con cien billones de estrellas, cada una orbitando el centro de masa de su galaxia. Este artículo examina las galaxias como clase de objeto – cómo se clasifican, qué tan grandes se vuelven, qué las mantiene unidas y cuál actualmente ostenta el récord de la más lejana.
¿Cuántas galaxias hay por ahí?
El Hubble Deep Field, una exposición extremadamente larga de una porción relativamente vacía del cielo, les dio a los astrónomos su primer punto de apoyo real en la pregunta: proporcionó evidencia de aproximadamente 125 mil millones (1,25×10^11) de galaxias en el universo observable. Ese número lucía autoritario durante años, principalmente porque provenía de la imagen más profunda que los telescopios espaciales jamás habían producido.
Luego, en 2016, un estudio dirigido por Christopher Conselice de la Universidad de Nottingham, publicado en The Astrophysical Journal, combinó muchas fuentes de datos adicionales e impulsó la estimación a al menos dos billones (2×10^12) de galaxias en el universo observable hasta corrimiento al rojo z=8 – aproximadamente diez veces más de lo que se ve directamente en imágenes de Hubble. La brecha entre las dos cifras no es un error en ninguno de los estudios; refleja cuántas galaxias son demasiado débiles, demasiado pequeñas o demasiado lejanas para que ni siquiera una imagen de referencia como el Hubble Deep Field las resuelva individualmente.
De enanas a supergigantes
La mayoría de las galaxias tienen entre 1.000 y 100.000 pársecs de diámetro, o aproximadamente entre 3.000 y 300.000 años luz, y están separadas de sus vecinos por distancias del orden de millones de pársecs. Esa brecha es importante: el ancho de una galaxia típica se mide en miles de años luz, pero el espacio vacío entre ella y la siguiente se mide en millones.
Dentro de ese rango de 1.000 a 100.000 pársecs se encuentra una enorme dispersión de poblaciones. Una galaxia enana puede contener menos de mil estrellas, mientras que un supergigante puede contener alrededor de cien billones – una diferencia de aproximadamente once órdenes de magnitud en el conteo de estrellas entre las galaxias más pequeñas y más grandes conocidas.
La mayoría de una galaxia no la puedes ver
Las estrellas y el gas luminoso son lo que hace visible una galaxia, pero no constituyen la mayor parte de su masa. La mayor parte de la masa en una galaxia típica está en forma de materia oscura, con solo unos pocos por ciento de esa masa visible en forma de estrellas y nebulosas. En otras palabras, el disco brillante o bulto que aparece en una fotografía es una capa visible delgada sobre algo mucho más masivo que no emite luz en absoluto.
La pista que lo reveló vino del movimiento, no de la luz. En la década de 1970, la astrónoma Vera Rubin encontró una discrepancia entre la velocidad de rotación observada de las galaxias y la velocidad predicha por la masa visible de sus estrellas y gas solamente. Las estrellas lejos del centro de una galaxia se movían más rápido de lo que la materia visible podría explicar – exactamente el tipo de desajuste que apunta hacia un gran reservorio de masa invisible que mantiene la galaxia unida.
Un sistema de clasificación que Hubble no inventó
La mayoría de las galaxias se clasifican usando la secuencia de Hubble, un esquema de clasificación morfológica de galaxias publicado por Edwin Hubble en 1926. A pesar de llevar su nombre, fue inventado por John Henry Reynolds y Sir James Jeans; Hubble popularizó y publicó el esquema en lugar de originarlo.
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La rama elíptica de la secuencia tiene su propia escala interna. Las galaxias elípticas se clasifican de E0 a E7, siguiendo una convención en la que el número de clase es diez veces la elipticidad de la galaxia, redondeado al número entero más cercano – así que una galaxia casi circular en el cielo se lee como E0, y una aplanada y alargada se lee como E7.
Entre la rama elíptica y las dos ramas espirales del diagrama de diapasón clásico se encuentra un tercer grupo. En el centro del diapasón de Hubble, donde convergen las dos ramas de galaxias espirales y la rama elíptica, se encuentra una clase intermedia de galaxias conocidas como lenticulares y designadas con el símbolo S0 – ni claramente elíptica ni claramente espiral, sino una forma intermedia.
Las formas más grandes en el zoológico cósmico
Las elípticas también producen las galaxias más grandes conocidas. Las galaxias más grandes son elípticas supergigantes, también llamadas galaxias de tipo cD – una designación separada de la clase elíptica ordinaria, reservada para los verdaderos gigantes.
Incluso dejando a un lado la clase supergigante, las galaxias elípticas ordinarias solas cubren un rango enorme: varían mucho tanto en tamaño como en masa, con diámetros que van desde 3.000 años luz hasta más de 700.000 años luz, y masas desde 10^5 hasta casi 10^13 masas solares. Ese extremo superior del rango es bien más de 200 veces más amplio que el extremo inferior.
Una galaxia elíptica se ganó un récord diferente. M87 (NGC 4486) alberga el agujero negro supermasivo que se convirtió en el primer agujero negro jamás fotografiado, por el Telescopio del Horizonte de Eventos – convirtiendo una galaxia ya notable por su tamaño en la fuente de la primera imagen directa de la sombra de un agujero negro.
Cuando el núcleo de una galaxia se ilumina
No todos los núcleos galácticos permanecen quietos. Algunos brillan con radiación, y los casos más extremos son los cuásares. Las distancias entre cuásares conocidos varían enormemente: el cuásar más cercano conocido, Markarian 231, está a unos 581 millones de años luz de la Tierra, mientras que otros han sido descubiertos tan lejos como UHZ1, aproximadamente 13,2 mil millones de años luz de distancia – una brecha de más de veintidós veces la distancia.
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Las ondas de radio revelan un tipo diferente de galaxia extrema. Alcyoneus es una galaxia de radio con la mayor emisión de radio observada de cualquier galaxia conocida, sus estructuras lobuladas abarcando 5 megapársecs, o 16×10^6 años luz. Para comparación, otra galaxia de radio gigante de tamaño similar es 3C 236, con lóbulos de 15 millones de años luz de ancho – lo que significa que los lóbulos de radio de Alcyoneus por sí solos se extienden más que muchos cúmulos de galaxias completos.
Unidos en los miles de millones
Las galaxias raramente existen en aislamiento; la mayoría pertenecen a estructuras más grandes mantenidas unidas por la gravedad. Un cúmulo de galaxias típicamente contiene 100 a 1.000 galaxias, gas caliente que emite rayos X y grandes cantidades de materia oscura, con masas totales de 10^14 a 10^15 masas solares y diámetros de 1 a 5 megapársecs.
Durante décadas, los cúmulos ostentaron el título de las cosas más grandes del universo: se creía que eran las estructuras conocidas más grandes del universo hasta la década de 1980, cuando se descubrieron los supercúmulos y los desplazaron del primer lugar.
El gas que llena un cúmulo es cualquier cosa menos frío. El gas calentado del medio intraclúster tiene una temperatura máxima entre 30 y 100 millones de grados Celsius – lo suficientemente caliente como para brillar en rayos X, que es cómo los astrónomos detectan gran parte de él en primer lugar.
La galaxia más lejana en el récord
Los récords de distancia en astronomía tienden a ser de corta duración, y GN-z11 es un buen ejemplo de por qué. Descubierta con el Telescopio Espacial Hubble y anunciada en un artículo de 2016, GN-z11 ostentó el título de la galaxia más antigua y más lejana jamás identificada en el universo observable, con un corrimiento al rojo espectroscópico de z = 10,957, correspondiente a una distancia propia de aproximadamente 32 mil millones de años luz – hasta que el Telescopio Espacial James Webb encontró JADES-GS-z13-0 en 2022 y se llevó el récord.
Ese reinado de seis años es un recordatorio del mismo patrón visto en las estimaciones del número de galaxias: cada generación de telescopios empuja los bordes conocidos del universo más lejos, y el actual poseedor del récord es solo la galaxia más lejana que alguien ha encontrado hasta ahora, no necesariamente la más lejana que existe.