Islas gigantescas de estrellas, gas, polvo y materia oscura — los componentes básicos con los que está construido el universo a gran escala. Desde la espiral tranquila hasta el objeto más luminoso del cosmos.
Una galaxia es un sistema unido gravitacionalmente formado por estrellas, gas, polvo y — como componente de masa ampliamente predominante — materia oscura. Las magnitudes son difíciles de imaginar: nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, tiene un diámetro de unos 100.000 años luz y contiene, según las estimaciones, entre 100 y 400 mil millones de estrellas. En todo el universo observable, las estimaciones actuales — apoyadas en imágenes profundas de los telescopios espaciales Hubble y James Webb — oscilan entre varios cientos de miles de millones y unos dos billones de galaxias, según el método de conteo, desde gigantescas elípticas con varios billones de estrellas hasta galaxias enanas con apenas unos pocos millones. Las galaxias rara vez aparecen aisladas: se agrupan en grupos, cúmulos y supercúmulos a lo largo de una red cósmica filamentosa — la estructura más grande conocida del universo.
La distribución de masa estimada de la Vía Láctea muestra un patrón típico de la mayoría de las galaxias: la materia luminosa y directamente visible — estrellas, gas y polvo — solo representa una pequeña fracción de la masa total. El resto lo aporta un componente invisible cuya existencia solo se deduce de su efecto gravitatorio: a partir de las curvas de rotación de galaxias que giran más rápido de lo que su masa visible permitiría. Sin este "pegamento" gravitatorio adicional, muchas galaxias sencillamente no podrían mantenerse unidas.
En 1926, Edwin Hubble propuso un esquema de clasificación que, con algunas ampliaciones, sigue siendo hasta hoy el estándar de la morfología galáctica: el "diagrama de diapasón". Ordena las galaxias únicamente según su apariencia visual, no según su edad o su evolución física. El propio Hubble supuso inicialmente una secuencia evolutiva de izquierda (elíptica) a derecha (espiral) — una hipótesis hoy considerada refutada. Aun así, la clasificación sigue siendo útil porque se correlaciona con magnitudes físicas reales: el contenido de gas, la tasa de formación estelar y la proporción entre el bulbo y el disco.
La clasificación abstracta se vuelve tangible con ejemplos concretos. Cuatro galaxias muestran la amplitud de lo que se engloba bajo el término "galaxia" — desde nuestro propio hogar cósmico hasta uno de los agujeros negros supermasivos más masivos conocidos.
Nuestra propia galaxia — observada desde dentro, por lo que resulta más difícil de cartografiar que galaxias lejanas. Una barra central canaliza el gas hacia el núcleo, del que parten brazos espirales como el de Perseo y el de Sagitario. El Sol se encuentra en un brazo secundario más pequeño, el Brazo de Orión.
La gran galaxia espiral más cercana, visible a simple vista — una mancha nebulosa tenue en la constelación de Andrómeda. Mayor en diámetro que la Vía Láctea, aunque con una masa total comparable. Se acerca a nosotros desplazada al azul, a unos 110 km/s: el comienzo de una futura colisión.
Una galaxia elíptica gigantesca en el centro del cúmulo de Virgo. Su agujero negro supermasivo fue, en 2019, el primero en ser captado directamente en imagen — el célebre "anillo de fuego" del Event Horizon Telescope. Un chorro relativista de materia se proyecta miles de años luz hacia el espacio.
Una galaxia satélite de la Vía Láctea, visible a simple vista en el cielo austral. Sin una estructura espiral o elíptica ordenada, pero rica en gas y formación estelar — alberga la Nebulosa de la Tarántula, una de las regiones de formación estelar más activas del entorno local.
La Vía Láctea se compone de tres grandes unidades estructurales. El bulbo central es una acumulación densa y casi esférica de estrellas mayormente antiguas. Lo rodea el disco plano y giratorio, en el que se encuentran los brazos espirales — aquí tiene lugar prácticamente toda la formación estelar activa, impulsada por el gas y el polvo. El marco exterior lo forma el halo: una región esférica, poblada de forma escasa por estrellas antiguas y cúmulos globulares, que además contiene la reserva de materia oscura y se extiende mucho más allá del disco visible.
El Sol orbita el centro galáctico a una distancia de unos 27.000 años luz, inmerso en el Brazo de Orión — una ramificación relativamente pequeña entre el más masivo Brazo de Perseo y el Brazo de Sagitario. Con una velocidad orbital de unos 220–240 km/s, tarda aproximadamente entre 225 y 250 millones de años en completar una órbita, el llamado año galáctico. Desde su formación, el Sol ha completado por tanto solo unas 20 de estas órbitas.
En el centro de la Vía Láctea se encuentra un agujero negro supermasivo, Sagitario A*, con unas 4,3 millones de masas solares. Su existencia y masa no se observaron directamente, sino que se reconstruyeron a lo largo de décadas a partir de las órbitas de estrellas individuales que rodean el punto invisible en elipses extremadamente estrechas y rápidas. Reinhard Genzel y Andrea Ghez recibieron por ello el Premio Nobel de Física en 2020. En 2022, el Event Horizon Telescope logró además la primera imagen directa de la sombra de Sagitario A*.
Las galaxias no son objetos aislados y estáticos — en escalas de tiempo cósmicas colisionan, se fusionan y se deforman mutuamente. Cuando dos galaxias se acercan, entran en juego fuerzas de marea: el borde más cercano de una galaxia es atraído con más fuerza que el más lejano, lo que arranca largas y extensas "colas de marea" de estrellas y gas. Si el gas interestelar se comprime y se densifica en el proceso, esto puede desencadenar enormes brotes de formación estelar — los llamados starbursts, en los que una galaxia forma miles de estrellas nuevas en apenas unos pocos millones de años. Las propias estrellas apenas colisionan directamente — el espacio entre ellas es enorme incluso dentro de una misma galaxia; lo que se ve afectado es sobre todo el gas, el polvo y la estructura a gran escala.
Casi todas las galaxias masivas albergan en su centro un agujero negro supermasivo — la mayoría de ellos, como Sagitario A*, están hoy en gran medida inactivos, porque apenas reciben material. Sin embargo, si suficiente gas cae en dirección al agujero negro, se forma un disco de acreción: el material se calienta por fricción hasta millones de grados y emite cantidades enormes de energía — mucho más eficiente que cualquier fusión nuclear conocida. Parte de esta energía se lanza además al espacio a través de chorros relativistas a lo largo del eje de rotación, impulsados por el intenso campo magnético que rodea al agujero negro. Estos centros se denominan núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés).
Los cuásares son la forma más luminosa de los núcleos galácticos activos: pueden emitir más energía que todas las estrellas de su galaxia anfitriona juntas, superando así en brillo a la galaxia entera — a pesar de que la fuente central de radiación mide apenas unas pocas horas luz. Los cuásares aparecen sobre todo en el universo temprano, cuando todavía había abundante gas para alimentar a los agujeros negros, y hoy sirven a los astrónomos como "faros" extremadamente lejanos para medir la estructura del cosmos joven.
En 2024 se confirmó que el cuásar J0529-4351 es el objeto más brillante conocido del universo hasta la fecha. Su agujero negro central devora material a un ritmo equivalente a una masa solar por día — lo que hace que su disco de acreción sea más brillante que 500 billones de soles. A pesar de décadas de rastreos del cielo, el objeto pasó desapercibido durante mucho tiempo porque se parecía engañosamente a una estrella corriente.
Algunas magnitudes y observaciones que muestran lo inusual que es en realidad nuestra imagen del universo galáctico.
En relación con el fondo cósmico de microondas — el sistema de referencia más cercano posible al "sistema en reposo" del universo — la Vía Láctea se mueve a una velocidad de unos 600 a 630 km/s. La causa es la atracción gravitatoria conjunta de concentraciones de masa lejanas, entre ellas el llamado "Gran Atractor" en la constelación de Centauro. Así que, incluso dentro de un universo aparentemente inmóvil, nuestro hogar cósmico está lejos de estar en calma.
Cuando el telescopio espacial Hubble fotografió durante diez días, en 1995, una diminuta región del cielo aparentemente vacía — más pequeña que un grano de arena visto a la distancia de un brazo extendido — el resultante "Hubble Deep Field" mostró más de 3.000 galaxias. Desde entonces, el telescopio espacial James Webb ha superado ampliamente esa profundidad, haciendo visibles galaxias de los primeros cientos de millones de años tras el Big Bang.
Las galaxias enanas — pequeñas, poco luminosas, a menudo sin estructura destacable — son con diferencia la forma galáctica más frecuente en el universo. Solo alrededor de la Vía Láctea se conocen actualmente varias decenas de estas galaxias satélite, muchas de ellas descubiertas gracias a rastreos del cielo cada vez más sensibles. Las llamativas espirales y elípticas como las de este resumen son la excepción, no la regla.
Los cúmulos de galaxias masivos curvan tanto el espacio-tiempo que desvían de forma medible la luz de objetos de fondo mucho más lejanos — visible como arcos distorsionados o galaxias con imágenes múltiples. Este efecto de lente gravitacional aporta una de las pruebas más sólidas de la materia oscura, cuya distribución incluso puede cartografiarse gracias a él. Más información en la página Materia y energía oscuras.