La formación de
galaxias es una de las áreas de investigación más activas de la astrofísica,
y en cierto sentido, esto también se aplica a la evolución de las galaxias.
Sin embargo, hay algunas ideas que ya están ampliamente aceptadas.
Actualmente, se
piensa que la formación de galaxias procede directamente de las teorías de formación
de estructuras, formadas como resultado de las débiles fluctuaciones cuánticas
en el despertar del Big Bang. Las simulaciones de N-cuerpos también han podido
predecir los tipos de estructuras, las morfologías y la distribución de
galaxias que observamos hoy en nuestro Universo actual y, examinando las
galaxias distantes, en el Universo primigenio. Las galaxias contienen más de
100.000 billones de estrellas, conteniendo el sol. Tienen más de 10.000 años luz
lejos de la tierra.
Preguntas fundamentales
En astrofísica,
las preguntas sobre la formación y evolución de las galaxias son:
- ¿cómo se ha generado un universo tan
heterogéneo a partir de un universo homogéneo?
- ¿cómo se formaron las galaxias?
- ¿cómo cambian las galaxias con el
tiempo?
Después del Big
Bang, el universo tuvo un periodo en el que fue muy homogéneo. Tal como se
observa en la radiación de fondo de microondas, las fluctuaciones son menores
que una parte en cien mil.
La teoría más
aceptada es que las estructuras que observamos hoy en día se formaron como
consecuencia del crecimiento de fluctuaciones primordiales debido a la inestabilidad
gravitacional. Las fluctuaciones primigenias causaron que los gases fueran
atraídos hacia áreas de material más denso, jerárquicamente se formaron los supercúmulos,
las agrupaciones galácticas, las galaxias, los cúmulos estelares y las estrellas.
Una consecuencia de este modelo es que la localización de las galaxias indican
áreas de alta densidad del Universo primigenio. Así, la distribución de las
galaxias está íntimamente relacionada con la física del Universo primigenio.
Datos recientes
aportan evidencias de que las primeras galaxias se formaron mucho más temprano
de los que los astrónomos preveían, tan solo 600 millones de años después del
Big Bang. Esto deja poco tiempo para que las pequeñas inestabilidades
primordiales crezcan lo suficiente para que las protogalaxias formen galaxias.
Buena parte de los
esfuerzos de investigación están centrados en los componentes de nuestra propia
Vía Láctea, ya que es la galaxia más fácil de observar. Las observaciones que
necesitan explicación, o al menos ser compatibles, en una teoría de la
evolución galáctica son:
- el disco estelar es muy fino, denso
y rota;
- el halo estelar es grande, disperso
y no rota (o incluso tiene una pequeña retrogradación), sin subestructura
aparente;
- las estrellas del halo son por lo
general mucho más viejas y tienen una menor metalicidad que los discos
estelares (aquí hay se observa una correlación, pero no hay una conexión
directa entre estos datos).
- algunos astrónomos han identificado
una población intermedia de estrellas, llamadas "población II
intermedia". Si ésta es una población distinta, entonces se
describirían como de baja metalicidad (pero no tan pobres como las
estrellas del halo), viejas (pero no tan viejas como las estrellas del
halo) y orbitan muy cerca del disco;
- los cúmulos globulares son en
general viejos y de baja metalicidad, pero hay algunos que no tienen tan
baja metalicidad como la mayoría, y/o que tienen estrellas más jóvenes.
Algunas estrellas en los cúmulos globulares parecen ser tan viejas como el
propio universo (utilizando métodos y análisis totalmente diferentes);
- en cada cúmulo globular, todas las
estrellas nacen aproximadamente al mismo tiempo (excepto en algunos pocos
cúmulos globulares que muestran múltiples épocas de formación estelar);
- los cúmulos globulares de órbitas
más cortas (más cercanas al centro galáctico) tienen orbitas de baja
inclinación con respecto al disco y menos excéntricas; mientras que los
que tienen órbitas más alejadas orbitan en cualquier inclinación y con
órbitas más excéntricas;
- las nubes de alta velocidad, nubes
de hidrógeno neutro "llueven" en la galaxia, y presumiblemente
lo han hecho desde el comienzo (estas serían la fuente de gas del disco,
de la que se han formado las estrellas del disco).
Galaxias espirales
Una galaxia espiral con el disco alabeado como
resultado de la colisión con otra galaxia. Después de que la otra galaxia sea
completamente absorbida, la distorsión desaparecerá. El proceso típicamente
dura millones si no miles de millones de años.
La Galaxia del Sombrero es una galaxia espiral de
la constelación de Virgo.
La primera teoría
moderna de la formación de nuestra galaxia describe un colapso monolítico
simple (relativamente) rápido, primero formándose el halo, seguido del disco.
Otra teoría describe un proceso más gradual, primero con el colapso de pequeñas
unidades que se combinan para formar componentes mayores. Una idea más reciente
es que una porción significativa del halo estelar podría provenir de los restos
estelares de galaxias enanas destruidas y cúmulos globulares que orbitaron
alguna vez la Vía Láctea.
El halo entonces sería un componente "nuevo" hecho de partes
"recicladas".
En los últimos
años, se ha puesto mucha atención en la comprensión de los eventos de fusión
entre galaxias dentro de la evolución galáctica. Los rápidos progresos
tecnológicos en computación han permitido simulaciones de galaxias mucho
mejores y las mejoras en las tecnologías observacionales han proporcionado
muchos más datos sobre galaxias distantes experimentando eventos de fusión.
Después del descubrimiento en 1994 de que nuestra propia Vía Láctea tiene una
galaxia satélite (la Galaxia Enana Elíptica de Sagitario) que está
actualmente siendo disgregada y "comida" por la Vía Láctea, se piensa
que este tipo de eventos pueden ser muy comunes en la evolución de las galaxias
grandes. Las Nubes de Magallanes son galaxias satélite con el mismo destino. La
idea de una galaxia absorbedora con un gran número de galaxias satélite podría
explicar por qué la galaxia M31 (la Galaxia de Andrómeda) parece tener un núcleo
doble.
La SagDEG está orbitando nuestra galaxia formando prácticamente
un ángulo recto con el disco. Actualmente está pasando a través del disco, las
estrellas están disgregándose de ella con cada paso y uniéndose al halo de
nuestra galaxia. Finalmente, sólo quedará el corazón de la SagDEG. Aunque
tendrá la misma masa que un gran cúmulo globular como Omega Centauro, pero
parecerá diferente, ya que presentará una baja densidad superficial debida a la
presencia de una cantidad substancial de materia oscura, mientras que los
cúmulos globulares parece, misteriosamente, que contienen muy poca materia
oscura.
Más ejemplos de
galaxias satélite enanas que están en proceso de absorción con la Vía Láctea son la Galaxia Enana del Can Mayor, descubierta en 2003
y considerada como responsable del Anillo de Monoceros y la Corriente Estelar
de Virgo, descubierta en 2005.