Debate espacial: los científicos contestan cuántas galaxias hay en el universo

Solo basta elevar la vista al cielo nocturno en un lugar alejado de las luces de las grandes ciudades, para ver la magnificencia del cosmos, con millones de estrellas que engalanan nuestra Vía Láctea y otras miles de millones que existen en otras galaxias.

Estas vastas colecciones de estrellas que habitan el Universo están agrupadas en sendas galaxias, que son acumulaciones de gas, polvo y miles de millones de estrellas y sus sistemas solares, agrupadas gracias a la gravedad.

Así como sabemos cuántos planetas orbitan nuestro sol y tenemos un aproximado de cuántos soles hay en nuestra galaxia, la pregunta que se hacen los científicos es:¿Cuántas galaxias existen en el universo visible? Contarlas parece una tarea imposible, titánica. Munidos de un telescopio no basta. Hacen falta telescopios espaciales y cálculos informáticos para poder llegar a un estimativo, que también puede ser cuestionado.

Durante los últimos 20 años, las imágenes muy profundas del telescopio espacial Hubble han encontrado una miríada de galaxias débiles, cuya luz apenas nos llega para poder observarlas. Ese universo observable contiene alrededor de 100 mil millones de galaxias en total.

En 1995, los astrónomos apuntaron el telescopio espacial a lo que parecía ser una región vacía de la Osa Mayor y recolectaron datos de 10 días de observaciones. El resultado fue un estimado de 3000 galaxias débiles en un solo cuadro, llegando a ser tan tenues como de magnitud 30, según la Universidad Estatal de Weber. (A modo de comparación, la Estrella del Norte o Polaris tiene una magnitud aproximada de 2). Esta imagen compuesta se llamó Campo Profundo del Hubble y era lo más lejano que alguien había visto en el universo en ese momento.

Cuando el telescopio Hubble recibió mejoras en sus instrumentos, gracias a diferentes misiones espaciales para actualizar sus instrumentos, los astrónomos repitieron el experimento dos veces. En 2003 y 2004, los científicos crearon el campo ultraprofundo del Hubble, que en una exposición de un millón de segundos reveló unas 10.000 galaxias en un pequeño punto de la constelación de Fornax. En 2012, nuevamente utilizando instrumentos mejorados, los científicos usaron el telescopio para observar una parte del campo ultraprofundo. Incluso en este campo de visión más estrecho, los astrónomos pudieron detectar unas 5.500 galaxias. Los investigadores llamaron a esto el eXtreme Deep Field.

Esta vista abarcó galaxias de hasta 3.700 millones de parsecs (12.000 millones de años luz) de distancia, que nos parecen tal como existieron menos de 2.000 millones de años después del Big Bang. Luego, los astrofísicos contaron las galaxias dentro de ese estrecho campo de visión y extrapolaron el número al cielo completo, bajo el supuesto de que se vería similar en todas las direcciones, para obtener la cifra de 120 mil millones. “Pero es probable que este número aumente a alrededor de 200 mil millones a medida que mejore la tecnología de telescopios en el espacio”, aseguró Mario Livio, astrofísico del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland.

Pero en 2016, un equipo internacional, dirigido por el doctor Christopher Conselice, profesor de astrofísica en la Universidad de Nottingham, ha demostrado que el número real es mucho mayor que este y se aproxima a al menos dos billones, diez veces más de lo que se pensaba anteriormente.

“La tecnología astronómica actual nos permite estudiar una fracción de estas galaxias, solo el 10%. Significa que más del 90% de las galaxias de nuestro universo aún no se han descubierto, y solo se verán una vez que se desarrollen telescopios mejores y más grandes”, afirmó el experto en su investigación publicada ‘La evolución de la densidad numérica de las galaxias” en Astrophysical Journal, la revista de investigación más importante del mundo dedicada a desarrollos, descubrimientos y teorías recientes sobre astronomía y astrofísica.

Los resultados tienen implicaciones claras para la formación de galaxias. La investigación del profesor Conselice es la culminación de 15 años de trabajo. Su equipo convirtió imágenes de haz de lápiz del espacio profundo de telescopios de todo el mundo, y especialmente del telescopio Hubble, en mapas 3D para calcular el volumen y la densidad de las galaxias de una pequeña porción de espacio tras otra. Esta minuciosa investigación le permitió establecer cuántas galaxias nos hemos perdido, como una excavación arqueológica intergaláctica.

“Esto es muy sorprendente, ya que sabemos que durante los 13.800 millones de años de evolución cósmica, las galaxias están creciendo a través de la formación de estrellas y fusionándose con otras galaxias. Por lo tanto, encontrar que de hecho hubo más galaxias en el pasado implica que debe haber ocurrido una evolución significativa en las galaxias para reducir el número de galaxias a través de una fusión extensa de sistemas. Esto también nos da una verificación de la formación de arriba hacia abajo de la estructura en el universo”, precisó Conselice.

Y agregó: “Nos falta la gran mayoría de las galaxias porque son muy débiles y lejanas. El número de galaxias en el universo es un número fundamental que nos gustaría saber, y sorprende que más del 90% de las galaxias en el universo aún no se hayan estudiado. Quién sabe qué propiedades interesantes encontraremos cuando estudiemos estas galaxias con la próxima generación de telescopios. Es probable que estas galaxias contengan las pistas de muchos problemas astrofísicos sobresalientes”.

Universo en expansión

Cualquiera que sea el instrumento que se utilice, el método para estimar el número de galaxias es el mismo. Se toma una parte del cielo fotografiada por el telescopio (en este caso, el Hubble) y utilizando la relación entre la franja de cielo y el universo entero, se puede determinar la cantidad de galaxias en el universo, suponiendo que el universo es homogéneo, como dicta el principio cosmológico.

Este principio se remonta a la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, quien afirmó que la gravedad es una distorsión del espacio y el tiempo. Con esa comprensión en la mano, varios científicos (incluido Einstein) intentaron comprender cómo la gravedad afectaba a todo el universo.

“La suposición más sencilla que se puede hacer es que, si se observa el contenido del universo con una visión lo suficientemente pobre, parecería más o menos igual en todas partes y en todas las direcciones. Es decir, la materia en el universo es homogénea e isotrópica cuando se promedia en escalas muy grandes. Esto se llama el principio cosmológico”, afirmó la NASA.

Un ejemplo del principio cosmológico en funcionamiento es el fondo cósmico de microondas (CMB), radiación que es un remanente de las primeras etapas del universo después del Big Bang . Utilizando instrumentos como la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA, los astrónomos han descubierto que el CMB es prácticamente idéntico dondequiera que se mire.

Las mediciones de la expansión del universo, a través de la observación de galaxias que se alejan de nosotros, muestran que tiene alrededor de 13.820 millones de años. Sin embargo, a medida que el universo envejece y crece, las galaxias se alejan cada vez más de la Tierra. Esto hace que sean más difíciles de ver en los telescopios.

El universo se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz. “Solo podemos ver la luz de las galaxias cuya luz tuvo tiempo suficiente para alcanzarnos y eso no significa que eso es todo lo que hay en el universo. De ahí la definición del universo observable”.

Las galaxias también cambian con el tiempo. La Vía Láctea está en curso de colisión con la cercana Galaxia de Andrómeda, y ambas se fusionarán en unos 4000 millones de años. Más tarde, otras galaxias en nuestro Grupo Local, las galaxias más cercanas a nosotros, eventualmente se combinarán y crearán una región del universo mucho más oscuro para observar. A medida que el universo primitivo se infló, hay algunas teorías que dicen que diferentes “bolsillos” se separaron y formaron diferentes universos . Estos diferentes lugares podrían expandirse a diferentes velocidades, incluir otros tipos de materia y tener leyes físicas diferentes a las de nuestro propio universo.

Más galaxias por descubrir

En la actualidad, los investigadores pueden observar directamente solo alrededor del 10% de los 2 billones de galaxias estimadas. Pero eso puede cambiar este año, cuando el sucesor del Hubble, el telescopio espacial James Webb, comience su trabajo. Este telescopio también debería poder mirar mucho más atrás en el tiempo, para ver cómo comenzaron a formarse las galaxias más cercanas a la gran explosión llamada Big Bang.

“Por ahora, los resultados son consistentes con la teoría general de cómo se forman las galaxias, en la que la mayoría comienzan muy pequeñas y luego pasan por un furioso período de fusiones y adquisiciones”, afirmó Debra Elmegreen, astrónoma del Vassar College en Poughkeepsie, Nueva York.

Debido a que la luz de las galaxias en los confines del Universo tarda tanto en llegar a la Tierra, la imagen que vemos hoy es una instantánea en el tiempo, y muchas de las galaxias incluidas en la nueva estimación ya no existen.

Según la NASA, estas son algunas de las preguntas clave que el telescopio Webb responderá sobre las galaxias:

- ¿Cómo se forman las galaxias?

- ¿Qué les da sus formas?

- ¿Cómo se distribuyen los elementos químicos a través de las galaxias?

- ¿Cómo influyen los agujeros negros centrales en las galaxias en sus galaxias anfitrionas?

- ¿Qué sucede cuando las galaxias pequeñas y grandes chocan o se unen?

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