¿Cuántos brazos espirales tiene la Vía Láctea?

Que la Vía Láctea es una galaxia espiral es de sobras conocido. También hay un acuerdo entre los investigadores de que se trata de una espiral barrada, esto es, con un núcleo o bulbo de forma elíptica en vez de esférica. Pero lo que no está nada claro es cuántos brazos tiene, aunque si te paras un momento a pensar, lo sorprendente es que seamos capaces de calcular el número de brazos. Al fin y al cabo, el sistema solar se halla inmerso en el disco galáctico a 27 700 años luz del centro. ¿Cómo podemos saber qué estructura tiene la Vía Láctea si no podemos contemplarla desde fuera?

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Modelo de la Vía Láctea con dos brazos espirales principales creado a partir de las observaciones del telescopio infrarrojo Spitzer. Nuestra Galaxia es una espiral de tipo SBc de acuerdo con la clasificación de Hubble (NASA).

El primer paso es ir más allá de la luz visible. El polvo interestelar bloquea las longitudes de onda del espectro visible y limita seriamente la distancia hasta la cual podemos ver dentro de nuestro vecindario galáctico. Afortunadamente para nosotros, el medio interestelar es casi transparente a las ondas de radio. Puesto que las nubes de hidrógeno frío (HI) emiten en estas longitudes de onda, podemos realizar un mapa de la distribución del hidrógeno molecular -el elemento más abundante con diferencia en el Universo- a nivel galáctico.

Brazos espirales de la Vía Láctea a partir de la distribución de hidrógeno neutro (HI) observado en ondas de radio (fuente).
Brazos espirales de la Vía Láctea a partir de la distribución de hidrógeno neutro (HI) observado en ondas de radio (http://www.ualberta.ca/~pogosyan/teaching/ASTRO_122/lect24/lecture24.html).

Los brazos espirales son ondas de densidad, es decir, son perturbaciones dinámicas del medio interestelar. Dicho de otra forma, en realidad los brazos no se mueven, es la materia del disco galáctico la que lo hace. Al pasar por los brazos la materia se comprime y aumenta su densidad, lo que se traduce en una mayor tasa de formación estelar. Por este motivo los brazos destacan por ser las zonas dentro de las galaxias donde nacen más estrellas. La formación de estrellas es una especie de reacción en cadena: al morir como supernovas, las estrellas azules jóvenes desencadenan la formación de nuevos cúmulos de estelares… y así sucesivamente. La luz ultravioleta de las estrellas gigantes azules ioniza el medio interestelar y da lugar a hermosas nebulosas de emisión (regiones HII) que también ayudan a delimitar la posición de los brazos espirales.

Brazos espirales de M51 (NGC 5194). Se aprecian las agrupaciones de estrellas jóvenes, las regiones HII (rosadas) y las nubes de polvo interestelar (NASA/STScI/AURA/N. Scoville/Caltech)
Brazos espirales de M51 (NGC 5194). Se aprecian las agrupaciones de estrellas jóvenes, las regiones HII (rosadas) y las nubes de polvo interestelar (NASA/STScI/AURA/N. Scoville/Caltech)

Por lo tanto, estudiar la distribución de estrellas jóvenes es la herramienta más poderosa para determinar la estructura de los brazos espirales. Eso sí, como ya hemos dicho, no podemos trabajar en el visible, así que para esta tarea tenemos que observar la Galaxia en la zona del espectro correspondiente al infrarrojo o las microondas.

Usando estas técnicas los astrónomos llevan décadas levantando mapas de la Galaxia. La cartografía galáctica es una disciplina voluble, pero ya en los años 80 los investigadores habían identificado cinco brazos: el brazo local -donde reside el Sol-, el brazo de Perseo -situado frente a nosotros en dirección hacia el exterior de la Galaxia- y el brazo de Sagitario -en dirección hacia el centro galáctico-. Más cerca del núcleo los astrónomos pudieron resolver lo que parecían ser evidencias de otros brazos, como el de Norma o el de Escudo-Cruz del Sur, así como un brazo exterior que rodeaba al de Perseo por el exterior y que recibió el poco imaginativo nombre de… brazo Exterior.

La siguiente cuestión consistía reconstruir la geometría global de los brazos. Aunque seamos capaces de ver a través del disco galáctico en infrarrojo o en radio seguimos estando limitados por nuestra posición dentro de la Galaxia y obviamente hay regiones galácticas que permanecen prácticamente ocultas para nosotros. En ocasiones, los brazos de las galaxias se pliegan alrededor del núcleo dando varias vueltas, así que, por ejemplo, cabe preguntarse si el brazo de Perseo el mismo que el de Sagitario, ¿o es en realidad una extensión del brazo de Norma? Por si fuera poco, no todas las galaxias en espiral tienen una estructura definida. En un extremo tenemos galaxias como M51 o NGC 1300, con prominentes y definidos brazos, pero por otro lado hay galaxias donde los brazos son difusos y están repletos de pequeños ‘bracitos’ que salen de los principales como si de la brocha de un pincel se tratase, y eso sin entrar a hablar de galaxias espirales con estructuras extrañas resultado de encuentros cercanos con otras galaxias, como es el caso de la famosa galaxia de Andrómeda (M31). En lo que sí hay acuerdo es que el brazo Local es en realidad un saliente de otro principal, de ahí que también se le denomine ‘saliente de Orión’ o brazo de Orión-Cisne. Entonces, ¿cómo es en realidad nuestra galaxia?

NGC 4414 tiene multitud de brazos espirales (NASA/STScI).
NGC 4414 tiene multitud de brazos espirales (NASA/STScI).

En los últimos años los investigadores se han dividido en dos grupos: los ‘dos brazos’ y los ‘cuatro brazos’, haciendo obviamente referencia al número de brazos espirales propuestos por cada bando. Los partidarios de los cuatro brazos eran aplastante mayoría hasta hace poco más de un lustro, pero en 2008 las observaciones de estrellas por parte del potente telescopio espacial infrarrojo Spitzer de la NASA decantaron súbitamente la discusión a favor del bando de los dos brazos. Los dos brazos principales serían el ya conocido brazo de Perseo y el de Escudo-Centauro, que se originarían en los extremos de la barra central de la Galaxia. El resto de brazos serían ramificaciones menores. En lo que sí hay consenso entre los dos grupos es que el brazo Local es en realidad un saliente de otro principal, de ahí que también se le denomine ‘saliente de Orión’ o brazo de Orión-Cisne.

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Modelo de 2013 de la Vía Láctea con cuatro brazos espirales (Urquhart J. S. et al./Robert Hurt, the Spitzer Science Center/Robert Benjamin).

Pero no todo el mundo estaba de acuerdo. En 2013 un estudio de la distribución de cúmulos abiertos -formados por estrellas jóvenes- y regiones HII compactas devolvió a la Vía Láctea los dos brazos que faltaban. Resumiendo, los cuatro brazos serían: Escudo-Centauro, Perseo, Sagitario-Carina y el Exterior. Este último sería en realidad el mismo que el brazo de Norma. Ahora, un grupo de astrónomos brasileños de la Universidade Federal do Rio Grande do Sul han confirmado estos resultados. Los investigadores han descubierto 18 nuevos cúmulos EC (Embedded Clusters, cúmulos abiertos jóvenes situados en el interior de regiones HII) usando datos del telescopio infrarrojo WISE. Posteriormente han determinado la posición de estos cúmulos gracias al catálogo infrarrojo 2MASS. Y, tras estudiar la distribución de 437 cúmulos abiertos, han comprobado que esta favorece la existencia de cuatro brazos principales en vez de solamente dos.

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Distribución espacial de los cúmulos EC en una proyección esquemática de la Galaxia vista desde el polo norte galáctico (D. Camargo et al.).

Entonces, ¿damos por finiquitada la guerra de los brazos? En absoluto. Obviamente, nuevas observaciones -sí, te estoy mirando a ti, telescopio James Webb- pueden proporcionarnos nuevos datos que hagan resquebrajarse una vez más los modelos teóricos. Y, por supuesto, siempre tendrán cabida modelos de compromiso con brazos principales y otros menores, como es el caso del brazo Local. Pero, qué quieren que les diga, a mí me sigue pareciendo fascinante que podamos saber cómo se vería nuestra Galaxia desde millones de años luz de distancia.

Referencias:

Denilso Camargo et al., Tracing the Galactic spiral structure with embedded clusters, ArXiV, 8 mayo 2015.


31 Comentarios

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GinésGinés

Echo de menos una animación del movimiento de una espiral barrada para ilustrar este estupendo artículo…

Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Daniel: para cumplir tu deseo deberíamos construir una nave que viaje lo más rápido posible hacia arriba “si cabe el término” perpendicular a la eclíptica y que saque fotos… sería maravilloso… me imagino esas estampas…

JordiJordi

El problema de esto que planteas es que me da que es difícil de conseguir, tu movimiento no seria perpendicular a la eclíptica, trazarías una trayectoria que te llevaria otra vez hacia abajo, el pozo gravitatorio del Sol te atraería. Eso a menos que le metas una gran cantidad de impulso (energia) a la trayectoria de despegue. Quizás los más espaciotrastornados del bloc puedan confirmar lo que digo…

Sergio CostasSergio Costas

Bueno, “sólo” necesitas alcanzar la velocidad de escape del sistema solar…

Jordi GuillaumesJordi Guillaumes

Y salir de la eclíptica. El cambio de plano orbital también es muy caro en términos de delta-V. Si no lo recuerdo mal, la única sonda que ha visto los “polos” del Sol, la sonda Ulysses, utilizó una asistencia gravitatoria de Júpiter para hacer el cambio de plano.

Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Gracias por la aclaración Jordi, sea como sea, es un viaje imposible a día de hoy en los tiempos razonables, solo estaba soñando a lo grande… a lo muy grande :)

CavalieryCavaliery

Luego de eso, está el problema de enviar las fotos a la tierra… tardaría miles (o mas) de años en llegar

Jose PJose P

“cabe preguntarse si el brazo de Perseo el mismo que el de Sagitario, ¿o es en realidad una extensión del brazo de Norma?”
No me queda clara esta frase. Entiendo que el brazo Perseo podría ser el mismo que el brazo Norma, pero no parece claro porque podría ser el mismo que Sagitario…
Excelente artículo, Saludos.

U-95U-95

Es una lástima que Andrómeda, además de tener una estructura espiral que parece caótica por culpa de interacciones con sus compañeras, se vea casi de canto y que Triángulo, que sí que se ve casi de frente, sea una galaxia más pequeña que la nuestra. No hemos tenido demasiada suerte en el Grupo Local (desde la Galaxia del Triángulo, la de Andrómeda debe de ser espectacular viéndola de frente y tres veces más cerca que desde aquí)

Una pequeña errata -creo-:

Puesto que las nubes de hidrógeno frío (HI) emiten en estas longitudes de onda, podemos realizar un mapa de la distribución del hidrógeno molecular

Lo que emite en ondas de radio (longitud de onda de 21 centímetros) es el hidrógeno neutro (átomos de hidrógeno no formando moléculas). El hidrógeno molecular es “mudo” y hay que usar otras moléculas como el monóxido de carbono para mapearlo.

AlcalinoAlcalino

Por lo menos ese agujero negro resolverá algunas dudas existenciales, aunque ir mas alla de nuestro sistema solar es todavía imposible, nos darán un buen mapa galactico.

FerFer

Pues la verdad es que sí… pocas veces tiene uno la posibilidad de refutar a alguien con datos, y de una manera tan fácil.

Venga, leete este artículo de la ESA que no hace tanto utilicé para un trabajo de mi hija para el colegio. Si lo ves muy complicado, me lo dices.

Con que te leas las 3 primeras líneas (las 9 primeras palabras), me vale.

http://www.esa.int/esaKIDSes/SEMSTRW...erse_0.html

DanielDaniel

Son sólo expresiones de lenguaje humano, que el Cosmos no interpreta del mismo modo.
Decir que algo nace es decir que algo comienza, decir que algo muere es decir que algo finaliza. La materia no desaparece, se transforma. Los hornos estelares son los escenarios donde el Hidrógeno una vez condensado logra fusionarse y encenderse para dar inicio a la formación de elementos más pesados y complejos, como el Helio, Nitrógeno, Oxígeno, Sulfuro, Carbono, etc.
La emisión de energía y luz resultante de estas fusiones bajo presiones y temperaturas inimaginables, es lo que captamos con nuestro sistemas oculares tecnológicos y humanos, los cuales también están conformados por la misma materia que estrellas antecesoras han formado.
Somos materia estelar que ha adquirido conciencia, comprendiendo con nuestros sentidos la experiencia de trasladarnos en el tiempo a través del espacio, a eso llamamos vida. Somos material estelar que pertenece al propio Cosmos, material que logró organizarse de diversas maneras al adaptarse a las condiciones de presión atmosférica, temperatura y gravedad que nuestro entorno nos pudo brindar, en latitudes diferentes, alturas y profundidades diferentes, con condiciones de luz y radiación diferentes, y me refiero a toda la bío masa que alberga este planeta. Nuestra especie a desarrollado tecnología, esto nos ha permitido permanecer en la cima temporalmente, otras especies han sucumbido y tenido que adaptarse y evolucionar ante cataclismos naturales, luego de haber permanecido y dominado por millones de revoluciones terrestres. Pero nada de esa materia se perdió, hoy la utilizamos en el combustible que nos moviliza e inclusive nos ha llevado al espacio, los átomos que alguna vez conformaron esas especies, hoy nos integran en nuestra bío masa. Somos lo que comemos e ingerimos. Materia por doquier, su forma no importa, conformamos este Cosmos, somos parte de él y no desaparecerá, se transformará, los estados de la materia dependerán de su entorno planetario o galáctico, la materia y la energía son parte de la misma naturaleza.

MITOMITO

Hola, unas preguntas:
¿Entonces desde la Tierra, de noche se observa el brazo local?.
¿Por qué no vemos las estrellas ordenadas homogeneamente en el cielo?.
Gracias.

Dani Verde

Supongo que la segunda pregunta se refiere a que si tenemos un brazo cercano en una zona del cielo y otro más lejos en otra, porqué no vemos estrellas ‘homogéneamente’ brillantes en el brazo cercano, y ‘homogéneamente’ débiles en la otra zona del cielo, la del brazo lejano… Incluso podríamos plantearnos que si desde la Tierra vemos dos brazos distintos en la misma dirección deberíamos ver un primer plano de estrellas brillantes, digamos de magnitud 2, con un fondo detrás de estrellas más débiles, digamos de magnitud 6, por ejemplo…
Es una pregunta natural si consideráramos :
a) que todas las estrellas brillan más o menos con la misma intensidad
b) que ese brillo es lo suficientemente intenso, o la distancia a los brazos lo suficientemente pequeña, como para ver las estrellas individuales tanto de brazos cercanos como lejanos
c) que la galaxia son sólo estrellas flotando en un medio totalmente transparente…
Por supuesto, no vemos una distribución homogénea porque ninguna de las tres consideraciones anteriores es cierta:
a) el cielo es una mezcolanza de estrella gigantescas pero ‘lejanas’ y debiluchas pero cercanas, con una variabilidad impresionante…
b) más importante aún, ni las estrellas son tan brillantes ni la galaxia tan chica. De hecho, si consideramos las estrellas visibles a simple vista (hasta magnitud 6) las más lejanas, ya muy débiles, se situan a unos 7500 años-luz

luz.http://guillermoabramson.blogspot.co...lejana.html

Mirando el primer esquema de la entrada de Dani, eso significa que del ‘Scutum-Centaurus Arm’ y del ‘Perseus Arm’ sólo deberíamos esperar ver, muy tenues dos o tres estrellitas (otra cosa es con prismáticos o telescopio…tal como ya descubrió Galileo ‘está todo lleno de estrellas’ ¿o eso era el astronauta de 2001…?) Todas las estrellas que vemos a simple vista con cierto fundamento, están más cerca que cualquier brazo espiral, excepto el local…(de allí que hacia Orión vemos estrellas más brillantes, aunque la VíaLáctea no sea especialmente notable en esa dirección).
Y c) : Si ya de por sí las estrellas de los brazos están super- lejos y sólo se ven como un manchón lechoso diluido en cielos oscuros ( de allí lo de láctea), encima multitud de nebulosas oscuras y acumulaciones de polvo nos ocultan buena parte de esos brazos: esos huecos oscuros en medio del brillo de la vía lactea son nubes oscuras ‘delante’…Y son tan oscuras que el núcleo galactico, ni olerlo, oiga….
Y es que nuestra humilde galaxia es grande, grande.

CarlosCarlos

Siempre he tenido la duda de como afectan las distancias tan gigantes en las observaciones que se hacen, no se exactamente como explicarme, por ejemplo si fuese una linea recta de varios miles de años luz de longitud moviendose lateralmente, nosotros la veriamos inclinada debido a que la luz mas lejana tardaria mas tiempo en llegar… en el caso de las galaxias tambien aplicaria?

Santiago BaleaSantiago Balea

Ola, interesante entrada!

El estudio de la Vía Lactea debe ser uno de los empeños más apasionantes para un astrónomo; intentar tomar “perspectiva” para saber cómo es nuestro “barrio estelar” debe ser apasionante… Nunca he entendido por qué se sabe que nuestra galaxia es de las grandes del entorno sin tener una visión de conjunto externa para comparar. O el papel que juega el agujero negro supermasivo del centro en la configuración de sus dos o cuatro brazos, su influencia, o el de la de la materia oscura, en la forma espiral de la galaxia…

MikeMike

y que es lo que causa que sean espirales? porque tienen que girar a un lado y no al otro? que fue lo que las hizo “girar” acaso hay algun “eter” que hace que se se formen los brazos? si es la gravedad de los cumulos de estrellas por no es parejo como disco, y no como brazos???
Si no sabemos al 100 que forma tiene, mucho menos sabremos la respuesta a otras preguntas.

AgüimenseAgüimense

Bufff… A parte de la “Guerra de los brazos ” y, dentro de mi ignorancia, les pregunto, ¿Qué es la zona luminosa del centro (núcleo) y qué hay ahí?. ¿Brilla tanto porque hay más cúmulos de estrellas?. Si es así, debe ser impresionante. Y, si mandáramos una nave a la velocidad de la luz, ¿Cuanto tardaría en llegar?. Saludos.

Dani VerdeDani Verde

De una forma simplificada, la zona luminosa del centro está formada por estrellas viejas, tipo gigantes rojas. Brilla más porque son estrellas más brillantes que la media, y además, en una concentración bastante más alta que en los alrededores del sol. En un planeta que orbitase alrededor de una de ellas no habría noche, el cielo resplandecería con cientos de miles de estrellas de magnitud negativa (puntuales, pero muy brillantes)….
Suponiendo que pudieramos mandar una nave allí a la velocidad de la luz, que no podemos, sólo hay que mirar el gráfico que encabeza la entrada de Dani para ver que se tardaría unos 20000 años en llegar al borde del bulbo y unos 26000 al mismísimo centro (donde además se supone que hay un agujero negro supermasivo)

InalbisInalbis

No se puede asegurar que sea espiral, ésto es una teoría. No podemos salir para verla de arriba y desde nuestro punto de observación, sólo podemos especular. Pueder ser espiral si suponemos que es un brazo de la galaxia lo que vemos. Al verla de canto no se puede tener una certeza de lo que hay hacia el centro y salir fuera….eso es imposible por el momento con nuestra ciencia.

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