Una pionera en la astronomía galáctica: Beatrice Hill

Isabel Pérez Martín / 22-10-2009

El campo de la astronomía extragaláctica es relativamente reciente. Hasta los años veinte no se confirmó que las nebulosas espirales observadas con los telescopios desde mucho antes son en realidad objetos externos a la Vía Láctea, estructuras de naturaleza similar a ella pero situadas a distancias enormes. Sin embargo, la mayor revolución en el conocimiento de las galaxias se produjo a finales de los sesenta con el desarrollo de la radioastronomía y la aparición de los ordenadores de uso académico y comercial. Dos mujeres fueron parte primordial de este grupo de astrónomos, pioneros en el estudio de las galaxias, que determinaron la manera que tenemos de entender el Universo en la actualidad: Beatrice Tinsley y Vera Rubin.

Beatrice Hill, nacida en el Reino Unido en 1941, creció y se educó en Nueva Zelanda. Licenciada en Matemáticas y Química por la Universidad de Canterbury, en Christchurch, realizó su tesis de máster en Física de la Materia aunque su interés científico estaba ya en la Astrofísica, en particular en el estudio de estructuras a gran escala y la evolución del Universo, dos de los temas más relevantes en la actualidad.

Se casó con Brian Tinsley, estudiante de doctorado en Ciencias de la Atmósfera de la Universidad de Canterbury, y se trasladaron a Texas, donde a Brian le habían ofrecido un trabajo en el Centro de Estudios Avanzados. Mientras Beatrice ejercía de profesora de Física en un instituto de secundaria, consiguió una pequeña beca de investigación en el mismo centro que Brian, donde existía un grupo que trabajaba en relatividad general. De esta manera se convirtió en uno de los primeros estudiantes de doctorado en el recién creado departamento de Astronomía de la Universidad de Texas, y en la primera mujer en el grupo de investigación. El tema inicial de su tesis fue comparar las observaciones de galaxias con las predicciones de los diferentes modelos cosmológicos para determinar cuál es la geometría del universo y si seguirá expandiéndose infinitamente.

Sin embargo, rápidamente se dio cuenta de que había un problema fundamental: si las galaxias más lejanas (es decir, mucho más viejas) no son exactamente como las galaxias que vemos ahora en brillo, tamaño y resto de propiedades, los efectos cosmológicos serían totalmente enmascarados por los efectos evolutivos de las mismas galaxias y, por tanto, los tests utilizados para la comparación no serían válidos.

Hasta ese momento, se asumía que todas las posibles diferencias entre galaxias a diferentes distancias debían ser debidas a efectos cosmológicos, es decir, a la geometría del Universo. Nadie se había planteado qué pasaba a lo largo del tiempo con el conjunto de billones de estrellas que forman las galaxias. Seguir la evolución de las 1011 estrellas de una galaxia una por una era, y es, imposible, de manera que había que pensar en una forma sencilla para saber cómo cambian las galaxias al evolucionar las estrellas que las componen.

A Beatrice se le ocurrió una idea brillante para simplificar el problema que revolucionaría este campo de investigación: dividió la vida de una galaxia en un número de pasos o generaciones permitiendo en sus modelos que las estrellas se formasen sólo al comienzo de estos intervalos de tiempo. Después agrupó cada generación de estrellas en intervalos de masa, por ejemplo, estrellas de masa como el Sol, estrellas de masa 1,5 veces la masa solar, 3,0 veces, etc. Éste fue el paso clave, ya que las estrellas de una masa parecida siguen una secuencia evolutiva equivalente y tienen colores, brillos y procesos internos similares, produciendo cantidades parejas de carbono, oxígeno, hierro y otros elementos.

Las estrellas que producen la mayor parte de los elementos pesados son muy masivas, por lo que tienen vidas muy cortas. Antes de que se forme la siguiente generación estelar, las de mayor masa habrán explotado como supernovas expulsando todos los elementos al medio interestelar, mientras que las otras seguirán formando parte de la galaxia y contribuyendo a su brillo. Debido a esto, las estrellas de la siguiente generación se formarán en nubes de gas más enriquecidas en metales que las de las generaciones anteriores, y así sucesivamente.

Estos modelos realizan otras aproximaciones: los metales producidos se mezclan rápidamente, la proporción de estrellas que se forma en cada intervalo de masa es la misma, no hay intercambio con el medio fuera de las galaxias y el medio interestelar es homogéneo. Sin embargo, todas ellas son muy cercanas a la realidad de una galaxia aunque en principio puedan parecer demasiado burdas para describir el comportamiento de un objeto tan complicado. El primer éxito de estos modelos fue poder reproducir galaxias parecidas a la nuestra después de una evolución de unos 12.000 millones de años, edad que se ha estimado para la Vía Láctea utilizando datos procedentes de sus cúmulos globulares, que son los objetos más viejos en ella que podemos estudiar con cierta facilidad y fiabilidad. Pueden existir (y existen) estrellas más viejas, pero dada la incertidumbre, fundamentalmente en la determinación de la distancia a la que se encuentran, el error al determinar sus edades es muy alto.

La tesis de Beatrice fue publicada en 1967 y rápidamente fue considerada uno de los mayores avances astronómicos de la época. Mostró que las galaxias en realidad fueron muy diferentes en el pasado y que su evolución podía ser estimada. Demostró que en cualquier estudio cosmológico había que tener en cuenta los cambios que éstas habían sufrido. Debido a la falta de oportunidades para ella en la Universidad de Texas, donde sólo se le ofreció un despacho, aceptó una oferta de trabajo en el observatorio de Lick y después de un año se trasladó a la Universidad de Yale, en la cual trabajó con otros investigadores, en particular con Richard Larson, en la formación y evolución de las poblaciones estelares de las galaxias mejorando el modelo de su tesis. En 1978 Beatrice Tinsley fue ascendida a profesor titular. Ese mismo año se le diagnosticó un melanoma que acabó con su vida en 1981, a los cuarenta años.

El estudio de la evolución de las galaxias se ha convertido en uno de los campos más importantes y activos de la Astrofísica del siglo XXI. Los modelos iniciados por Beatrice hace ya más de cuarenta años han adquirido una gran complejidad para poder introducir aproximaciones más cercanas al comportamiento real de una galaxia. En particular, ahora sabemos que la idea inicial de que la galaxia evoluciona de manera aislada es demasiado simplista, ya que la mayor parte se han formado a partir de la fusión de otras galaxias más pequeñas, cada una de las cuales ha experimentado previamente varias generaciones de formación estelar.

Este modelo de formación de galaxias se llama ‘jerárquico’. Recientes estudios observacionales de poblaciones estelares en galaxias a diferentes intervalos de “corrimiento al rojo”, es decir en diferentes momentos de su vida, parecen indicar que las más masivas se formaron antes y más rápidamente que las de menor masa. Hay datos observacionales que aparentemente muestran que las galaxias más masivas eran más activas formando estrellas en el pasado y que la mayor parte de la formación estelar actual se produce en las galaxias menos masivas.

La clave para proseguir con el trabajo de Beatrice Tinsley y llegar a comprender cómo evolucionan las galaxias es entender los procesos físicos que intervienen en esta evolución, por ejemplo cómo depende la fracción de estrellas formadas en cada intervalo de masa de la composición del medio en el que surgen, qué procesos dominan en la formación de estrellas cuando se producen fusiones de galaxias y qué fracción del gas que interviene en la fusión se convierte en estrellas. Éstas y muchas más preguntas hacen que el tema iniciado por Beatrice Tinsley sea uno de los más excitantes, llenos de interrogantes y aventuras científicas de la astrofísica actual.

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El autor

Isabel Pérez Martín es Doctora en Astrofísica por la Universidad Nacional Australiana. Actualmente trabaja como investigadora en el departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada.

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