¿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?

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 (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)

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).

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.

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.

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.