Astrofísicos del IAC descubren la "música de las galaxias"

Las galaxias están recorridas por ondas que se propagan en círculos concéntricos en forma de espiral. Como si de un lago se tratara, como las ondas que se forman en las cuerdas de un violín o en la superficie de un tambor, si escogemos la metáfora musical. Son las llamadas ondas de densidad. Astrofísicos del IAC han descubierto en un centenar de galaxias espirales que existen más ondas de densidad que las que la teoría predice y que se relacionan entre sí con un complejo patrón de resonancias que orquestarían la "música de las galaxias".

Los investigadores del IAC Joan Font Serra y John Beckman han estudiado los campos de velocidad [el conjunto de las velocidades de toda la materia dentro de una galaxia] de más de cien galaxias, con el objetivo de encontrar evidencia científica sobre las ondas de densidad, y de medir con precisión a qué velocidad se propagan. Estas ondas constituyen líneas de mayor densidad del material estelar que se propagan por el disco de la galaxia en forma de espiral.

Hasta ahora la teoría había descrito en cada galaxia con brazos la existencia de una onda de densidad con sus resonancias. Muchas galaxias espirales contienen, además de brazos, organizaciones de estrellas en línea recta llamadas barras. Para estas galaxias, la teoría predecía la existencia de dos juegos de ondas, uno en la parte interior de la galaxia que contiene la barra y otro que ocupa el disco exterior con sus brazos.

En este estudio, sin embargo, los astrónomos encontraron para su sorpresa más de dos anillos de ondas de densidad en casi todas las galaxias analizadas: el número hallado con más asiduidad fue cuatro, aunque han llegado a detectar hasta siete.

Pero no solo esto. Los autores del trabajo, que se publicará en The Astrophysical Journal Supplement Series, descubrieron también que existe un sistema de dinámicas entre las ondas, relaciones entre ellas que responden a un patrón complejo de resonancias.

"Estos patrones vinculan por pares los diferentes anillos de resonancia: el segundo con el cuarto, el primero con el quinto, el tercero con el cuarto, etc. Difieren de galaxia en galaxia, pero se dan en casi la totalidad de ellas. La mayoría contienen uno de estos patrones, pero hay discos con dos, tres, e incluso en un caso, cuatro", detalla Beckman. "Si pensamos en las ondas de densidad como las ondas que recorren un instrumento que vibra, en cada galaxia "sonaría" una sinfonía distinta. Es decir, las ondas no resuenan de forma caótica o aleatoria, sino que responden a un patrón: existe una orquestación en la música de las galaxias", ilustra Beckman.

Para llegar a estas conclusiones, los astrónomos usaron un nuevo método y un instrumento propio, el interferómetro GHaFaS, instalado en el telescopio William Herschel, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma. GHaFaS es capaz de medir todo el campo de velocidad de una galaxia a la vez, usando la emisión de luz de su hidrógeno ionizado. Al tiempo, el nuevo método, ideado por los investigadores del IAC, está basado en la medición de los radios de aquellos círculos o anillos claves de las resonancias.

Las dos paradojas de las galaxias espirales

Se podría decir que una galaxia espiral vista de lado tiene la forma de un huevo frito, con un bulbo en el centro y un disco fino que se extiende hacia afuera. Los discos albergan los brazos espirales, que resplandecen con la luz de millones de estrellas azules, las de mayor masa y las más jóvenes. Hace ya décadas que los astrofísicos se dieron cuenta de dos paradojas sobre estos brazos.

Según explica Beckman, "las galaxias espirales son como enormes ruedas de Santa Catalina, los fuegos artificiales que giran alrededor de un clavo, que sirve como su eje de rotación. Pero no son sólidas, consisten en miles de millones de estrellas. Al medir sus velocidades de rotación, lo esperable es que los brazos se enrollaran sobre sí mismos en un par de rotaciones de la galaxia y desapareciesen. Pero la gran mayoría de las galaxias con discos tienen brazos, estos no han desaparecido".

Ésta es la primera paradoja. La segunda es que las estrellas azules masivas tienen vidas del orden de diez millones de años, o menos, mientras las galaxias tienen vidas de varios miles de millones de años. ¿Cómo pueden existir las estrellas azules masivas en los brazos de tantas galaxias?

Las respuestas a las dos paradojas se encuentran en la teoría de las ondas de densidad. "Existen ondas de forma espiral que giran en los discos de las galaxias, que mantienen los brazos en su forma, y que provocan la formación casi continua de nuevas estrellas azules masivas, nutriendo los brazos así continuamente", aclara el astrofísico del IAC.

En la zona a la que llega la onda de densidad, el gas se comprime, por lo que se produce el nacimiento de nuevas estrellas, dada la abundancia de hidrógeno disponible en el material interestelar.

"Con este trabajo, podemos explicar más sobre el comportamiento de estas ondas, relacionarlas con otras variables observables, como la forma de los brazos, la distribución de la luz en los discos o la presencia de anillos de estrellas en algunos discos. Y ofrecemos datos más útiles a la siguiente generación de teorías", resume Beckman.