¿Cómo podemos estar seguros del tamaño y la forma de las galaxias cuando las cosas que componen la galaxia están separadas por millones de años luz?

Esta es una pregunta realmente interesante, a pesar de que los detalles no son correctos. Comenzaré corrigiéndolos, si puedo. Lo importante aquí son las escalas relativas. Aquí hay algunos números:

Tamaño promedio de un planeta: decenas de miles de kilómetros. Distancia promedio de planetas entre sí: cientos de millones de kilómetros (separación = 10,000 veces el tamaño)

Tamaño promedio de una estrella: cientos de miles de kilómetros. Separación promedio de estrellas: varios años luz (digamos que decenas de billones de kilómetros; el punto es, separación = un billón de veces)

Entonces, sí, ¡el espacio realmente está bastante vacío! Pero sucede algo interesante cuando comparamos tamaños de galaxias (diré más sobre lo que significa en un momento) con las separaciones entre galaxias …

Tamaño de la galaxia de la Vía Láctea (nuestro hogar, en realidad un sistema de tamaño bastante típico): 100,000 años luz de diámetro. Distancia a la galaxia más cercana de tamaño comparable: 2,000,000 años luz. Por lo tanto, separación = veinte veces el tamaño.

Resulta que cuando miras a gran escala, el universo vuelve a estar bastante ocupado. Pero como notan, las galaxias son en realidad bastante efímeras: son mucho más espacio vacío que estrellas. Eso no significa que no sean cosas bien definidas: después de todo, los átomos son en su mayoría un espacio vacío, pero no dejamos que eso nos preocupe en la vida cotidiana, a pesar de que la separación entre núcleos es aproximadamente 10,000 veces su tamaño ( así que estamos tan vacíos como el sistema solar, en un sentido …). Puedo mostrarte algunas fotos bonitas de galaxias (por ejemplo, APOD: 16 de enero de 2016) y decir: “mira aquí, la nube difusa de estrellas y gas en forma de espiral cubre gran parte de la foto, lo que la hace tan grande”. Lo que sucede es que las otras galaxias están tan lejos que no puedes elegir estrellas individuales, son demasiado pequeñas. Entonces todo se vuelve borroso a menos que consigas un telescopio realmente grande. Los límites de las galaxias son confusos: no hay un límite rígido (no puedo decir “no hay estrellas aquí, algunas estrellas aquí”), solo obtienes progresivamente menos de ellas a medida que te alejas del centro de la gran nube de estrellas . Entonces, cuando estoy definiendo qué tan grande es una galaxia, miro la distribución de las estrellas y digo algo así como “el 90% de ellas viven dentro de este radio” (digamos 50,000 años luz) – fuera de ese punto, la galaxia está demasiado oscura para aparecer en las fotos. El punto es que tengo que hacer una elección arbitraria para la definición de su tamaño. La forma es más fácil porque esa es la forma en que la densidad de las estrellas cambia de un lugar a otro, pero claramente, la forma no tiene sentido si se acerca demasiado.

Ahora, todo esto podría sugerirle algunas cosas:

En primer lugar, hay una gran cantidad de estructura que es demasiado tenue para mostrarse en las imágenes tradicionales. Algunos astrónomos están realmente interesados ​​en ese tipo de cosas. Por ejemplo, si dos galaxias pasan cerca o chocan, tiende a obtener ‘colas de marea’ (rastros débiles de estrellas que fueron expulsadas por la gravedad de la otra galaxia), que los instrumentos modernos están empezando a ver. La historia de las interacciones que una galaxia ha tenido durante miles de millones de años está escrita en estas estructuras, pero no las verá en la mayoría de las imágenes.

En segundo lugar, la definición de una galaxia es buena solo si estás lo suficientemente lejos de ella para que los detalles finos se vean borrosos. Al vivir dentro de uno, no podemos ver la madera de los árboles, por así decirlo. En realidad, es realmente difícil saber exactamente cómo se ve nuestra galaxia porque estamos incrustados en ella. Por ejemplo, no está del todo claro si nuestra galaxia tiene una protuberancia central (una característica común en las galaxias espirales que vemos), o una barra (otra característica común), y tardó mucho tiempo en descubrir cuántos brazos espirales tiene. En cuanto a las estrellas que puedes ver por la noche, todas están relativamente cerca, en su mayoría a menos de 1000 años luz de distancia, por lo que sin telescopios, de todos modos solo estamos viendo una pequeña fracción de toda la galaxia (menos del 0.1%) …

En realidad, toda la galaxia tiene menos de un millón de años luz de diámetro. La Vía Láctea es quizás promedio en 100,000. (Si ignoras las galaxias enanas al promediar)

Entonces, los objetos dentro de una galaxia no están separados por millones de años luz. Si consideramos las estrellas, generalmente están separadas por unos pocos años luz, a veces menos

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