Descubriendo nuevos universos. La galaxia Andrómeda (II)

En el artículo anterior de esta serie hicimos una introducción a un problema que le surgió a los astrónomos durante el siglo XIX. La nebulosa M31, conocida como nebulosa de Andrómeda, a diferencia de las demás, mostraba un espectro característico de las estrellas, no de las nebulosas.  Sin embargo era imposible discernir, en este cuerpo, ni tan siquiera una estrella. La solución a esta paradoja se estaba cocinando incluso desde épocas pre-cristianas, adentrémonos en las historias y rápido, ¡que no quiero hacerlos leer mucho!
Recreación artística de la explosión de una supernova
Cuando los astrónomos hablan de estrellas cuyo brillo en la bóveda celeste cambia súbitamente las suelen agrupar en novas. Estrellas cuyo nombre proviene del latín nova, que significa “nueva”. Estas estrellas, algunas veces de gran brillo, aparecen inesperadamente en el cielo, permaneciendo inmóviles, a diferencia de los meteoritos, durante un periodo de tiempo apreciable. En realidad estos fenómenos celestes corresponden a la explosión de estrellas de gran tamaño al final de su vida. Esta explosión pueden durar días a años dependiendo del tipo de estrella que se trate. Para una mejor comprensión de su mecanismo de formación y explosión, te invito a leer a Pedro en El Tamiz.
La primera de estas estrellas registradas por la humanidad, posiblemente, fue vista por el astrónomo de Alejandría Hiparco en el 134 AEC. A pesar de que no conservamos sus trabajos originales refiriéndose a ella, el historiador romano Plinio habló del fenómeno dos siglos más tarde. Plinio argumentó que debido a tal cosa Hiparco pensó en realizar su carta celeste de tal forma que tales fenómenos fueran verificables en el futuro.
Otra estrella nueva de la que tenemos registro, y quizá la más impresionante de las acontecidas en tiempos históricos, no fue registrada por los astrónomos occidentales, pues se presentó en la constelación Tauro hacia el año 1054; año en que la astronomía prácticamente no existía en Europa.[1] Hoy sabemos de ella gracias a los astrónomos chinos, quienes la llamaron “la estrella visitante” y su brillo fue tan espectacular que era visible incluso de día. Tal estrella pudo verse durante algo más de un mes. Además de los chinos, al parecer hay referencias de los astrónomos de mesoamérica.
Dibujo original de Kepler donde muestra la nueva estrella de 1604 en la constelación Oficuo con la letra N
La siguiente nova en la historia fue avistada, en 1572, en la constelación Casiopea, por un genial astrónomo español, Jerónimo Muñoz, quien hizo un reporte de esta estrella llamado Libro del nuevo cometa; sin embargo tal reporte no fue muy divulgado, permaneciendo conocido únicamente por sus discípulos. Pero en ese entonces un todavía joven astrónomo de primera fila, ni más ni menos que el danés Tycho Brahe, hizo lo propio realizando un registro en latín que llamó De nova stella, utilizando por primera vez el término nova para referirse a estos fenómenos.
Desde entonces, tales estrellas que aparecen imprevistamente en el cielo son llamadas novas. La siguiente nova aparecería en 1604, esta vez en la constelación Ofiuco. Reportada por Kepler y Galileo, era tan brillante como Júpiter. Lastimosamente, después de trescientos años, en tiempos modernos no ha aparecido otra nova tan brillante en la Vía Láctea cuyo brillo aparente llegue a rivalizar con el brillo aparente de los planetas.
Con el invento del telescopio se pudo revelar una enorme cantidad de estrellas invisibles al ojo desnudo, y los astrónomos se dieron cuenta de que las novas seguramente no se trataban de estrellas nuevas, sino de estrellas muy tenues que aumentaban repentinamente su brillo hasta hacerse visibles. En 1848 el inglés John Russell Hind (1823-1895) observó en la constelación Ofiuco una estrella cuyo brillo aumentó súbitamente. En sus momentos de gran brillo no superaba la quinta magnitud, lo que la hacía una estrella muy tenue para el ojo, y que sin telescopio habría pasado inadvertida. Sin embargo, no cabía duda: era una nova. Desde entonces se empezó la búsqueda de muchas de ellas, descubriendo un gran número. Hoy estimamos que cada año aparecen unas treinta novas diseminadas por la galaxia, aunque son pocas las que se pueden ver desde la Tierra.
La supernova S Andromedae fotografiada por Isaac Roberts en 1887
Terminé hablando de las novas porque el problema de la nebulosa de Andrómeda se vio complicado en 1885, cuando en ella se hizo visible una estrella de aquel tipo: la primera vez que se observaba una estrella en la nebulosa de Andrómeda. Tal estrella alcanzó la 7ª magnitud, imperceptible para el ojo humano pero, con telescopios, de muy fácil apreciación. Tal nova permaneció encendida hasta 1890 y permanecerá en la historia con el nombre de S Andromedae.
Los astrónomos se sorprendieron enormemente con su avistamiento. Rápidamente se establecieron dos hipótesis: o bien esta estrella pertenecería a la nebulosa o, coincidentemente, se encontraba en la línea de visión del observador y ambos objetos no tenían conexión auténtica entre sí. Cualquiera de las opciones podría ser cierta, y la discusión no se zanjó hasta que el astrónomo estadounidense Heber Doust Curtis (1872-1942), convencido de la teoría de Andrómeda como “universo isla”, se puso en la tarea de buscar más novas en la nebulosa, de tal forma que si observaba otras era seguro que la aparición de S Andromedae no era casual y la nebulosa se trataba de un sistema de una gran cantidad de estrellas.
En efecto, Curtis encontró algunas otras novas, aunque mucho más tenues que S Andromedae (hasta el momento actual se han observado casi trescientas) y era lógico asociarlas, por lo tanto, a la nebulosa. El hecho de que todas estas estrellas fuesen sólo visibles con la ayuda de telescopios de gran tamaño indicaba que la nebulosa debería encontrarse muy alejada;[2] tal distancia se podía explicar porque no podían observarse estrellas por separado en la nebulosa como sí era posible en otros cúmulos de la Galaxia. Debería encontrarse, por lo menos, mucho más lejos que las nubes de Magallanes y sería entonces, como la llamó Kant, un “universo isla”. La idea propuesta por Curtis causó gran discusión e incluso cabe ver que otros astrónomos mucho más famosos ,como Harlow Shapley, de quien ya hemos hablado en esta serie, al escuchar la idea rápidamente entraron en desacuerdo con ella. En ese entonces, el Universo, en la mente de la mayoría de astrónomos, estaba limitado a la galaxia.
Hubble en el observatorio del Monte Palomar.
Es entonces cuando hace aparición en la historia el reconocidísimo astrónomo estadounidense Edwin Powell Hubble,[3] (1889-1953). Él pensaba que el argumento de las novas no podía ser concluyente si no se conocía, como era el caso, lo suficiente de ellas. Si la nebulosa de Andrómeda era un gran conglomerado lejanísimo de estrellas, sólo la construcción de un telescopio mucho más potente que los que se tenían hasta ese entonces podía dar un veredicto al problema, al hacer evidentes estrellas sueltas. Serían las estrellas ordinarias, y no las novas, las que darían una respuesta más clara al problema. Fue entonces, en 1917, cuando se terminó de construir un nuevo telescopio en el monte Wilson gracias a las donaciones de John D. Hooker. Con un espejo de dos metros y medio de diámetro era, en ese entonces, el telescopio más potente del mundo.
Hubble dirigió el telescopio a Andrómeda y, asombrado, pudo notar estrellas aisladas en sus afueras. Esto acabaría finalmente la discusión: la nebulosa se componía de estrellas, no de gas. Hacia 1923 Hubble pudo identificar algunas Cefeidas en la nebulosa, y exactamente era esto lo que necesitaba para determinar su lejanía. Por aquellos días Shapley ya había calibrado la escala Cefeida; si había leyes que servían para nuestra galaxia y para las nubes de Magallanes, era lógico que se cumplieran también en la nebulosa de Andrómeda. Apoyándose en la luminosidad máxima de las Cefeidas de la nebulosa, Hubble concluyó, preliminarmente, que la nebulosa estaba a unos 800.000 años-luz. (Más tarde, quizá como todas nuestras estimaciones, resultaría un valor mucho menor al real. Principalmente porque hubo una mala calibración de la distancia a la nube de Magallanes. Los errores de sus cálculos los veremos más adelante)
La galaxia de Andrómeda en espectro visible. Copyright Robert Gendler 2002
Sin embargo, incluso con esa distancia, la nebulosa de Andrómeda debería tener un tamaño ingente para que se viera, desde semejante distancia, como se ve desde la Tierra. Debía ser mucho más grande que las nubes de Magallanes y casi como nuestra galaxia. La nebulosa de Andrómeda no podía compararse con otras nebulosas como la de Orión, e indudablemente representaba un objeto totalmente diferente. Shapley, con las imágenes de Hubble, rápidamente se convenció y se dio cuenta que la nebulosa de Andrómeda era un universo como nuestra Galaxia. Desde entonces a la nebulosa se le llama galaxia Andrómeda. Para distinguirla de nuestra propia galaxia, a ella la llamamos “la Galaxia” o bien, “la galaxia de la Vía Láctea”.
Mucho antes de semejante descubrimiento los astrónomos conocían ya objetos muy parecidos a la nebulosa de Andrómeda. Ella era sólo un objeto más de un grupo muy numeroso, un conjunto de nebulosas lenticulares integrado también por algunos de objetos de Messier, aunque únicamente visibles con ayuda de instrumentos. William Herschel localizó nada menos que 2500 nebulosas de este tipo; su hijo John registró otros miles más en el Hemisferio Sur. Ya a principios del siglo XX se conocían unas 13000 nebulosas similares a Andrómeda, y al parecer aún faltaban muchas por registrar. Hoy conocemos unas 15000 nebulosas de esta clase con brillo mayor que la magnitud 15, y muchos miles de millones de brillo menor.
El astrónomo irlandés William Parsons, Conde de Rosse (1800-1867), se dedicó a estudiar estos tipos de nebulosas. Observó que la mayoría exhibían claramente una estructura espiral, como si se tratasen de torbellinos de luz destacando contra el fondo oscuro, todas en forma de plato (como nuestra galaxia). Algunas pueden verse de plano, resultando un espectáculo sobrecogedor. Un ejemplo es el conocido M51, con nombre vulgar de “Nebulosa de Torbellino” (hoy “Galaxia de Torbellino”). Con estos hallazgos, los científicos hablaban de “Nebulosas espirales” o, como se dice hoy en día, “Galaxias espirales”, que consisten en una condensación central llamada “núcleo galáctico” rodeado de los llamados “brazos espirales”.
Galaxia Torbellino (Fuente: NASA Y ESA) (Dominio público)
Según lo observado, en las galaxias espirales el núcleo parece estar exento de nubes de polvo, y los brazos, por el contrario, son ricos en este tipo de nubes, que a veces son visibles. En algunas, como en la Galaxia del Sombrero, la luz de las estrellas se ve opacada por sus nubes de gas.
Galaxia del Sombrero
Hacia 1900, el estadounidense James Edward Keeler (1857-1900) mostró que aproximadamente el 75%  de las galaxias poseen una estructura espiral. Entre ellas podemos notar nuestra vecina Andrómeda, y también la nuestra, que suponemos muy similar a ella. Un 20% de las galaxias  poseen una forma elíptica o esférica, las que consisten únicamente en el núcleo galáctico sin brazos espirales. A ellas las llamamos “galaxias elípticas”. El 5% restante lo componen la “galaxias irregulares” sin ninguna estructura simple y definida.
Principales tipos de galaxias
A medida que se mejoraban los instrumentos el número de galaxias conocidas también aumentaba, y los astrónomos nuevamente se veían enfrentados al problema del infinito, y de nuevo era necesario abordar la paradoja de Olbers, esta vez con galaxias en vez de estrellas. Es más, actualmente los astrónomos modernos no pueden dar una cota máxima del número de galaxias. La respuesta a la paradoja estaría no sólo en la extensión del universo en el espacio. También era necesario especificar la extensión temporal del universo: si era o no eterno.

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