La fusión prevista entre la Vía Láctea y Andrómeda y el destino futuro de las galaxias en un Universo en expansión
Todas las galaxias cambian constantemente a lo largo del tiempo cósmico: crecen mediante fusiones, se modifican gradualmente por procesos internos y, a veces, inevitablemente se acercan a colisiones con galaxias vecinas. La Vía Láctea, donde vivimos, no es una excepción: se mueve dentro del entorno del Grupo Local de Galaxias (GL), y las observaciones muestran que se dirige hacia una colisión con su mayor satélite, la galaxia Andrómeda (M31). Esta impresionante fusión, también llamada “Milkomeda”, transformará fundamentalmente nuestro espacio local dentro de unos pocos miles de millones de años. Sin embargo, incluso después de este evento, la rápida expansión del Universo determinará una historia aún más amplia de aislamiento galáctico y destino final. En este artículo discutiremos por qué y cómo la Vía Láctea colisionará con Andrómeda, los posibles efectos de la fusión en ambas galaxias y el futuro a largo plazo de las galaxias en el contexto de la expansión creciente del Universo.
1. Fusión inminente: la Vía Láctea y Andrómeda
1.1 Evidencias sobre la trayectoria de colisión
Mediciones precisas del movimiento de Andrómeda en relación con la Vía Láctea muestran que se encuentra en un estado de corrimiento al azul, acercándose a nosotros a una velocidad de aproximadamente 110 km/s. Estudios iniciales de velocidad radial indicaron una posible colisión futura, pero la velocidad transversal de Andrómeda no estuvo clara durante mucho tiempo. Datos del Telescopio Espacial Hubble y refinamientos posteriores (incluyendo observaciones de Gaia) permitieron determinar el movimiento propio de Andrómeda, confirmando que dentro de aproximadamente 4–5 mil millones de años debería colisionar con nuestra Vía Láctea [1,2].
1.2 Contexto del Grupo Local de Galaxias
Andrómeda (M31) y la Vía Láctea son las dos galaxias más grandes del Grupo Local de Galaxias, un pequeño cúmulo de galaxias con un diámetro de aproximadamente 3 millones de años luz. La Galaxia del Triángulo (M33), que orbita cerca de Andrómeda, también podría estar involucrada en la futura colisión. Varias galaxias enanas (por ejemplo, las Nubes de Magallanes, otras binarias) situadas en los bordes del Grupo Local también podrían experimentar perturbaciones por marea o convertirse en satélites del sistema fusionado.
1.3 Períodos y dinámica de la colisión
Las simulaciones muestran que el primer encuentro entre Andrómeda y la Vía Láctea ocurrirá en aproximadamente 4–5 mil millones de años, posiblemente con varios acercamientos antes de la coalescencia final en ~6–7 mil millones de años en el futuro. Durante estos acercamientos:
- Las fuerzas de marea estirarán la estructura del disco, pudiendo formarse colas de marea o estructuras anulares.
- La formación estelar se intensificará brevemente en regiones donde se superpongan los depósitos de gas.
- La "alimentación" del agujero negro puede intensificarse en las regiones nucleares si el gas fluye hacia el centro.
Finalmente, es probable que estas galaxias se fusionen en una galaxia elíptica o lenticular masiva llamada "Milkomeda", donde se mezclarán las estrellas de ambas espirales [3].
2. Resultado posible de la fusión de "Milkomeda"
2.1 Remanente elíptico o esferoidal masivo
Las fusiones principales, especialmente de dos espirales de masas similares, generalmente destruyen las estructuras de disco y forman un esferoide sostenido por presión, característico de las galaxias elípticas. La apariencia final de "Milkomeda" probablemente dependerá de:
- Geometría de las órbitas – si la interacción es centralmente simétrica, podría formarse una estructura elíptica típica.
- Cantidad restante de gas – si aún quedan gases no consumidos o no expulsados, podría formarse una galaxia lenticular (S0) con una estructura de disco o anillo débil.
- Halo de materia oscura – el halo combinado de la Vía Láctea y Andrómeda formará un entorno gravitacional que determinará cómo se redistribuirán las estrellas.
Los modelos que estudian espirales con gran cantidad de gas muestran fuertes brotes de formación estelar en las fusiones, pero después de 4–5 mil millones de años las reservas de gas de la Vía Láctea serán más modestas, por lo que la formación estelar durante la fusión podría ser menos intensa que en el Universo temprano [4].
2.2 Interacción central de la SMJS
El agujero negro de la Vía Láctea (Sgr A*) y el agujero mayor de Andrómeda podrían fusionarse con el tiempo, bajo la influencia de la fricción dinámica. En los momentos finales de la fusión podrían emitirse ondas gravitacionales fuertes (aunque no tan intensas a escala cosmológica como en sistemas más masivos o distantes). Los agujeros negros fusionados permanecerán en el centro de la nueva galaxia elíptica, posiblemente irradiando como AGN durante un tiempo si hay suficiente gas.
2.3 Destino del sistema solar
Durante la fusión, el Sol tendrá aproximadamente la misma edad que ahora – el Universo, acercándose al final de la combustión tardía del hidrógeno. El brillo solar aumentará, haciendo que la Tierra sea inhóspita para la vida, a pesar de la colisión galáctica. Dinámicamente, el sistema solar probablemente seguirá orbitando en el centro de la nueva galaxia (o en el borde del halo), pero es poco probable que sea expulsado o absorbido por el agujero negro [5].
3. Otras galaxias del Grupo Local y evolución de satélites enanos
3.1 Galaxia del Triángulo (M33)
M33, la tercera galaxia espiral más grande del VG, orbita alrededor de Andrómeda y podría incorporarse al proceso de «Milkomeda». Dependiendo de la órbita, M33 podría fusionarse más tarde con el sistema combinado Andrómeda–Vía Láctea o ser destruida por fuerzas de marea. Esta galaxia tiene bastante gas, por lo que su fusión final podría provocar un aumento posterior en la formación estelar del sistema conjunto.
3.2 Interacciones de satélites enanos
VG tiene decenas de galaxias enanas (por ejemplo, las Nubes de Magallanes, la enana Sagitario, etc.). Algunas de ellas podrían ser destruidas o incorporadas al conjunto de «Milkomeda» en futuras fusiones. A lo largo de miles de millones de años, muchas pequeñas fusiones pueden aumentar aún más el halo estelar, densificando el sistema final. Así, la interacción jerárquica continúa incluso después de la coalescencia principal de las espirales.
4. Contexto adicional de la expansión del Universo
4.1 Expansión acelerada y aislamiento galáctico
Después de la formación de «Milkomeda», la rápida expansión del Universo, impulsada por la energía oscura, significa que las galaxias no gravitacionalmente ligadas se alejan y eventualmente será imposible establecer una conexión causal con ellas. Después de decenas de miles de millones de años, solo el Grupo Local (o su remanente) permanecerá gravitacionalmente ligado, y todas las estructuras de cúmulos más distantes se alejarán más rápido de lo que la luz puede conectar. Finalmente, «Milkomeda» y sus satélites se convertirán en un «Universo de islas», aislado de otros cúmulos [6].
4.2 Agotamiento de la formación estelar
Con el paso del tiempo cósmico, los recursos de gas disminuirán. Las fusiones y la retroalimentación pueden calentar o eliminar el gas restante, y la cantidad de gas nuevo que fluye desde los filamentos cósmicos decrece en la época tardía. Después de cientos de miles de millones de años, la formación estelar casi cesará, dejando principalmente estrellas rojas envejecidas. La galaxia elíptica final se oscurecerá, dominada solo por estrellas rojas tenues, enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros.
4.3 Dominio de agujeros negros y remanentes
Después de trillones de años, muchas estrellas, bajo interacciones gravitacionales, pueden ser expulsadas del halo de Milkomeda. Mientras tanto, el SMJS permanecerá en el núcleo galáctico. Finalmente, los agujeros negros podrían ser las únicas concentraciones de masa importantes en este sombrío fondo cósmico. La radiación de Hawking podría evaporar incluso los agujeros negros durante períodos increíblemente largos, pero eso está muy lejos de las épocas astrofísicas habituales [9, 10].
5. Perspectivas de observaciones y análisis teóricos
5.1 Seguimiento del movimiento de Andrómeda
Hablo kosminis teleskopas midió detalladamente las velocidades de Andrómeda, confirmando la trayectoria de colisión con un pequeño componente lateral. Datos adicionales de Gaia afinan aún más las órbitas de Andrómeda y M33, permitiendo determinar mejor la geometría del acercamiento [7]. Futuras misiones astrométricas espaciales podrán precisar con mayor exactitud el momento del primer encuentro.
5.2 Simulaciones N-cuerpos del Grupo Local
Modelos desarrollados en el Centro Espacial Goddard de la NASA y otros lugares muestran que en aproximadamente 4–5 mil millones de años comenzará la primera colisión, tras la cual M31 y Paukščių Takas podrían pasar cerca varias veces. Finalmente se fusionarán en unos cientos de millones de años, formando una galaxia gigante similar a una elíptica. Las simulaciones también examinan la participación de M33, las colas de marea remanentes y los brotes de formación estelar nuclear [8].
5.3 El destino de los cúmulos distantes fuera del Grupo Local
Debido a la aceleración cósmica, los cúmulos más distantes se alejan de nosotros; con el tiempo, superarán nuestro horizonte observable. Las observaciones de supernovas con altos corrimientos al rojo indican que la energía oscura domina la expansión del Universo, por lo que a gran escala la red galáctica se fragmentará en "islas" aisladas. Así, aunque localmente las galaxias se fusionen, la estructura cósmica más amplia se aleja y se debilita en nuestro campo visual.
6. El futuro cósmico lejano
6.1 La "era degenerativa" del Universo
Después de que la formación estelar se agote, las galaxias (o sistemas fusionados) entran gradualmente en la "era degenerativa", donde la principal fuente de masa poblacional son los restos estelares (enanas blancas, estrellas de neutrones, agujeros negros). A veces, colisiones fortuitas entre enanas marrones o restos estelares pueden reactivar brevemente la formación estelar, pero en promedio el Universo está mucho más apagado.
6.2 Dominio final de los agujeros negros
Tras cientos de trillones de años, las interacciones gravitacionales podrían expulsar muchas estrellas del halo galáctico, mientras que los agujeros negros más grandes permanecerán en los centros. Finalmente, podrían ser el único reservorio importante de masa en el espacio solitario. La radiación de Hawking podría incluso evaporar estos agujeros negros durante tiempos inconcebiblemente largos, aunque esto supera con creces las épocas astrofísicas habituales [9, 10].
6.3 El legado del Grupo Local
En la "Edad Oscura", Milkomeda probablemente será la única estructura elíptica masiva que contenga los restos estelares de Paukščių Takas, Andromeda, M33 y galaxias enanas. Si galaxias o cúmulos más distantes quedan fuera de nuestro horizonte cosmológico, localmente quedará esta isla fusionada, hundiéndose lentamente en la oscuridad cósmica.
7. Conclusiones
Paukščių Takas y Andromeda inevitablemente se acercan a la fusión de galaxias, un fenómeno que provocará un cambio enorme en el centro del Grupo Local. Aproximadamente en 4–5 mil millones de años, estas dos galaxias espirales comenzarán a interactuar con mareas gravitacionales, brotes de formación estelar y oleadas de "alimentación" de agujeros negros, hasta que finalmente se fusionen en una masiva elíptica llamada "Milkomeda". Galaxias más pequeñas, como M33, podrían incorporarse a esta unión, y los satélites enanos serán destruidos o integrados por las mareas.
Mirando más allá, la expansión del Universo separará esta nueva estructura de las demás, encerrándola en soledad, donde la formación estelar eventualmente se agotará. En decenas o cientos de miles de millones de años solo quedarán estrellas envejecidas, hasta que finalmente dominen solo los agujeros negros y los restos estelares. Sin embargo, durante los próximos pocos miles de millones de años nuestro rincón cósmico seguirá siendo bastante vibrante, y la inminente colisión con Andrómeda será el último gran espectáculo de ensamblaje galáctico en el Grupo Local.
Enlaces y lectura adicional
- van der Marel, R. P., et al. (2012). “El vector de velocidad de M31. III. Evolución orbital futura de la Vía Láctea–M31–M33, fusión y destino del Sol.” The Astrophysical Journal, 753, 9.
- van der Marel, R. P., & Guhathakurta, P. (2008). “Velocidad transversal de M31 y masa del Grupo Local a partir de la cinemática de satélites.” The Astrophysical Journal, 678, 187–199.
- Cox, T. J., & Loeb, A. (2008). “La colisión entre la Vía Láctea y Andrómeda.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 461–474.
- Hopkins, P. F., et al. (2008). “Un modelo unificado, impulsado por fusiones, del origen de estallidos estelares, cuásares y esferoides.” The Astrophysical Journal Supplement Series, 175, 356–389.
- Sackmann, I.-J., & Boothroyd, A. I. (2003). “Nuestro Sol. III. Presente y futuro.” The Astrophysical Journal, 583, 1024–1039.
- Riess, A. G., et al. (1998). “Evidencia observacional de supernovas para un universo en aceleración y una constante cosmológica.” The Astronomical Journal, 116, 1009–1038.
- Gaia Collaboration (2018). “Gaia Data Release 2. Diagramas observacionales de Hertzsprung–Russell.” Astronomy & Astrophysics, 616, A1.
- Kallivayalil, N., et al. (2013). “Movimientos propios de la tercera época de las Nubes de Magallanes. III. Historia cinemática de las Nubes de Magallanes y el destino de la Corriente de Magallanes.” The Astrophysical Journal, 764, 161.
- Adams, F. C., & Laughlin, G. (1997). “Un universo moribundo: el destino a largo plazo y la evolución de los objetos astrofísicos.” Reviews of Modern Physics, 69, 337–372.
- Hawking, S. W. (1975). “Creación de partículas por agujeros negros.” Communications in Mathematical Physics, 43, 199–220.