¿Hasta qué punto el efecto de una única estrella podría ser importante en el conjunto de toda una galaxia? Es posible que sea más grande de lo que podríamos imaginar. O, al menos, eso es lo que se puede deducir a partir de las simulaciones que buscan comprender cómo funcionan las galaxias.
El efecto que puede tener una estrella dentro del conjunto de la galaxia
Los astrónomos que utilizan simulaciones de galaxias no siempre obtienen el mismo resultado. Esto sucede incluso cuando parten siempre de las mismas condiciones. Ahora, un nuevo estudio muestra que no se trata de un defecto, sino de una consecuencia de cómo se comportan las galaxias y de cómo se modelan. Este trabajo ofrece, por primera vez, una manera de contestar a una pregunta muy vieja y difícil de responder: ¿hasta qué punto es caótica una galaxia como la Vía Láctea? Es algo a lo que han querido responder dos investigadores.
Para ello, los investigadores crearon cientos de modelos de galaxias parecidas a la Vía Láctea. Es decir, con discos de estrellas, incrustados en una gran región invisible de materia oscura que la mantiene unida. En cada experimento, ejecutaron dos simulaciones casi idénticas, que solo se diferenciaban en un pequeño detalle. Por ejemplo, un pequeño cambio en la posición de una sola estrella. Con el tiempo, esa ligera diferencia crecía hasta provocar cambios estructurales visibles: los brazos espirales se desarrollaban de manera diferente y la barra central rotaba de otra forma.
Esto recuerda al popular efecto mariposa, en el que causas pequeñas pueden provocar grandes consecuencias. En astronomía, esa idea choca con un concepto clásico. Una galaxia contiene cientos de miles de millones de estrellas, por lo que se suele suponer que se comporta como un sistema en el que las pequeñas perturbaciones no tienen efectos importantes. Pero este estudio muestra que lo que sucede es lo contrario. Esas perturbaciones, aunque sean pequeñas, pueden crecer hasta terminar provocando cambios muy apreciables.
Una galaxia que es caótica a pesar de todo
Este matiz ha provocado resultados contradictorios en investigaciones anteriores. Algunas simulaciones sugerían que las galaxias se vuelven más caóticas a medida que se añaden más estrellas, mientras que otras mostraban lo contrario. Este nuevo estudio permite explicar de dónde viene esta diferencia. En muchas simulaciones, la gravedad a distancias muy pequeñas se simplifica para que los cálculos sean más estables y manejables. Esto provoca que las estrellas se traten como si fuesen pequeñas nubes, en lugar de como puntos aislados.
A su vez, esto hace que las interacciones fuertes y cercanas, que serían una fuente perfecta de caos, queden suavizadas. Pero, al cambiar cómo funciona el efecto de suavizado, los investigadores han podido entender cuándo una simulación refleja con precisión el comportamiento de una galaxia real y cuándo no. Esto nos deja con una conclusión importante: no todas las simulaciones son igual de fiables a la hora de comprender los detalles más finos de una galaxia. Algunas características aparecen siempre, como la formación de una barra central de estrellas.
De hecho, es algo que, por lo general, aparece al mismo tiempo en todas las simulaciones. Otras propiedades, como la forma exacta de esa barra o la estructura de los brazos espirales, dependen mucho de diferencias pequeñas. Según explican los investigadores, las simulaciones de una galaxia como la Vía Láctea se vuelven impredecibles apenas pasados un millón de años. Es muy poco en comparación con la edad de nuestra galaxia, que ronda los 10 000 millones de años. Por ponerlo en perspectiva, sería el equivalente a un solo segundo en la vida de un ser humano.
El efecto de una estrella en una galaxia permite resolver la paradoja
Al mismo tiempo, el estudio muestra que esas pequeñas diferencias no siguen creciendo de manera indefinida. El efecto mariposa, dicho de otra manera, tiene sus límites. Dos simulaciones pueden terminar pareciendo diferentes, con brazos espirales distintos o una barra orientada en diferentes direcciones, pero ambas siguen siendo reconocibles como galaxias espirales. Por eso, explican los investigadores, se puede resolver la paradoja sobre por qué parece que las galaxias pueden comportarse de una manera caótica y al mismo tiempo suave.
Este trabajo permite cuantificar el impacto de las decisiones en una simulación y la cantidad de caos que provocan esas características. Curiosamente, lo que muestra el estudio es que sí, el impacto de una sola estrella puede tener un efecto considerable en una galaxia, en las simulaciones, pero todo tiene un límite. Es decir, una galaxia espiral, sin importar lo mucho que se cambien los parámetros de la simulación (dentro de límites razonables), seguirá dando como resultado una galaxia que será claramente reconocible como espiral.
Este tipo de trabajos, por tanto, no ayudan a explicar por qué la Vía Láctea es una galaxia espiral exactamente tal y como la conocemos, pero sí permiten entender mejor los puntos fuertes y débiles de las simulaciones. Son una herramienta fantástica para entender mejor cosas que no podemos estudiar en la escala de la vida de los seres humanos. Los cambios en una galaxia se producen en una escala de miles de millones de años. Así que hace falta recurrir a herramientas como las simulaciones para entender el pasado y futuro de nuestro pequeño rincón de la galaxia.
Estudio
El estudio es T. Asano y S. Portegies Zwart; «The exponential growth of infinitesimal perturbations in the long-term evolution of simulated galaxies». Publicado en arXiv, puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
