¿Quién, en algún momento de su vida, no ha colocado sus manos delante de una fuente de luz y jugado con la sombra proyectada intentando dar vida a una gaviota, un conejo o un perro? Este “teatro de sombras” usado desde la antigüedad me da pie a introducir el tema del artículo de hoy: ¿cómo podemos derivar la forma tridimensional de las galaxias a partir de su proyección en el cielo?

Cuando obtenemos imágenes de objetos celestes con un telescopio, ya sean estrellas, nebulosas o galaxias, estamos “simplemente” tomando una fotografía de estos. A pesar de que los grandes maestros usan técnicas para dotar de “profundidad” a las fotografías y son capaces de capturar imágenes en las que parece que podemos introducirnos, al fin y al cabo estamos obteniendo una imagen en dos dimensiones (plana) de un espacio tridimensional. Algo parecido ocurre con el ojo humano. En general cada ojo por separado es capaz de producir una imagen plana del espacio que nos rodea. Sin embargo, el ser humano tiene dos ojos separados por una cierta distancia que enfocan en la misma dirección para mejorar nuestra percepción de la profundidad. Aún así, no seríamos capaces de recrear el espacio que nos rodea en tres dimensiones sin la ayuda inestimable de nuestro cerebro. Es este el que combina las imágenes de ambos ojos y usa conocimientos aprendidos desde pequeños para interpretar una imagen y atribuirle la tridimensionalidad.

En Astrofísica muchas veces estamos interesados en conocer la distribución espacial de los objetos que estamos observando. Por ejemplo, cómo se distribuyen las estrellas que nos rodean en nuestra galaxia, la Vía Láctea, o cómo se distribuyen las galaxias en el Universo. Como ya hemos hablado, nuestras imágenes de las estrellas o de las galaxias están proyectadas en lo que llamamos el plano del cielo, por lo que en estos casos los astrónomos recurrimos a otro tipo de observaciones que nos permiten derivar la distancia a la que se encuentran estos objetos (paralaje estelar, estrellas variables Cefeidas, supernovas, efecto Doppler espectroscópico, etc). Una vez que hemos obtenido estas distancias, podemos entender la distribución espacial tridimensional de los objetos que estamos estudiando y aplicar nuestros modelos físicos para entender por qué se han formado de esa manera.

Como ya hemos discutido en artículos anteriores de esta Gaveta, en Astrofísica no podemos preparar experimentos para confrontar nuestras teorías físicas y generalmente tenemos que echar mano de la imaginación para poder resolver los problemas. Las proyecciones que comentaba al principio de este artículo son otro ejemplo. Empecemos por un caso simple: si imaginamos una esfera tridimensional (por ejemplo una pelota de baloncesto) y proyectamos su sombra contra la pared, nos encontraremos con un círculo independientemente de cómo orientemos la pelota. Ahora supongamos que proyectamos la sombra de un tubo cilíndrico (una tubería). Moviendo la tubería, desde ciertos ángulos veremos algo parecido a un rectángulo, pero desde otros veremos un círculo. Estas propiedades geométricas, que se engloban dentro de una rama de la matemáticas llamada geometría analítica, son muy útiles en muchos campos de la ciencia o ingeniería, y durante mi carrera las he usado para entender mejor la forma tridimensional de las galaxias. Pero ¿cómo?

Recordemos ahora qué sabemos sobre la clasificación morfológica de las galaxias. Desde los tiempo de Edwin Hubble, allá por los años treinta del siglo pasado, las galaxias han sido divididas en dos tipos principales: elípticas y tipo disco. Esta primera división nos da una idea muy visual de lo que nos esperamos al tomar una fotografía de ellas. Las galaxias elípticas son aquellas que tienen una forma de elipse (valga la redundancia) desde cualquier ángulo con el que las veamos. De manera similar a cuando proyectábamos la pelota de baloncesto, esto nos indica que su forma tridimensional debe ser lo que llamamos un elipsoide triaxial, algo así como una esfera deformada. Por otro lado, las galaxias tipo disco presentan en algunos casos una estructura aplastada (cuando están vistas de canto) y en otras circular (cuando están vista de frente), por lo que su estructura tridimensional debe ser lo que llamamos un elipsoide oblato, algo así como una pizza.

Sin embargo, las galaxias tipo disco son algo más complejas morfológicamente y poseen otras estructuras internas como pueden ser los bulbos (asociados a un exceso de luz en el centro de las galaxias) o las barras (estructuras alargadas que atraviesan los discos). En los últimos años me he dedicado a estudiar la forma tridimensional de estas estructuras utilizando medidas precisas de sus proyecciones en las imágenes astronómicas. Nuestros resultados demuestran que los bulbos son principalmente elipsoides oblatos más o menos aplastados. Digamos que van desde una pizza hasta una pelota de baloncesto. Por otro lado, las barras tienen una forma más parecida a una pelota de rugby, lo que llamamos elipsoides prolatos, con un espesor muy parecido al de los discos. Estas nuevas medidas están proporcionando nuevos límites a la estructura de las galaxias, que por primera vez podemos entender en tres dimensiones y que, combinados con simulaciones numéricas, nos están ayudando a entender mejor cómo se han formado las galaxias.

Jairo Méndez Abreu nació en San Juan de la Rambla, Tenerife, y cursó la Licenciatura en Física por la Universidad de La Laguna. Es Doctor en Astrofísica por la Universidad de La Laguna y la Universidad de Padua, Italia. Tras su paso por Italia volvió a Canarias con un contrato postdoctoral en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y un contrato Juan de la Cierva. Posteriormente se marchó a Escocia donde desarrolló su actividad investigadora en la Universidad de St Andrews. Recientemente ha vuelto como investigador al IAC, donde continúa sus estudios sobre dinámica y evolución de galaxias.