01 · Clasificación y morfología
Las galaxias elípticas son la primera categoría de la secuencia de Hubble: la clasificación morfológica que organiza las galaxias en E (elípticas), S0 (lenticulares), Sa-Sd (espirales) e Irr (irregulares). Edwin Hubble propuso esta secuencia en The Realm of the Nebulae (1936).
Subtipos (E0 a E7)
La clasificación se basa en la elipticidad aparente proyectada en el cielo:
- E0: aparentemente circular (relación de ejes 1:1).
- E3: relación de ejes 0.7 (típica).
- E5-E6: alargada (relación de ejes 0.5-0.4).
- E7: muy alargada — frontera con S0.
El número del subtipo es 10 × (1 - b/a), donde b/a es la relación de ejes proyectada.
Forma intrínseca
La forma proyectada no refleja directamente la forma 3D — una E5 puede ser una elíptica realmente esférica vista de canto a través de polvo, o un elipsoide alargado visto desde el lado. La mayoría son triaxiales: tres ejes desiguales. Solo las gigantes en centros de cúmulos tienden a ser prolatas (forma de balón de rugby).
02 · Población estelar y química
Las elípticas son «rojas y muertas»:
- Poblaciones estelares viejas (edades 8-13 Ga). Apenas estrellas masivas y azules.
- Color rojo intenso dominado por gigantes rojas y enanas K-M.
- Formación estelar mínima (típicamente < 0.1 M☉/año).
- Metalicidad alta en el centro (1-2 Z☉) y decreciente hacia el halo.
Gradientes de metalicidad
Las elípticas muestran un gradiente decreciente de metalicidad del centro al exterior. Esto refleja su historia de formación: las estrellas centrales se formaron primero a partir del gas más enriquecido (autoenriquecimiento), mientras que las exteriores fueron acretadas más tarde desde galaxias menores con menor metalicidad.
Sin gas (frío)
Apenas tienen gas molecular o frío — el material que podría formar nuevas estrellas. Sin embargo, sí tienen un medio interestelar caliente (T ~ 10⁶-10⁷ K) detectable en rayos X. Esto es gas que ha sido eyectado por supernovas pasadas y permanece en equilibrio hidrostático con el potencial galáctico.
03 · Cinemática: rotación vs dispersión
A diferencia de las espirales (que rotan ordenadamente), las elípticas son dinámicamente calientes:
v / σ
El parámetro clave es v/σ — la razón entre velocidad de rotación promedio (v) y dispersión de velocidades (σ).
- Espirales: v/σ ≫ 1 — rotan rápido, dispersión baja. El movimiento es ordenado.
- Elípticas: v/σ < 1 — rotan lentamente o nada, dispersión alta. Las estrellas siguen órbitas caóticas.
Las elípticas pequeñas (M ≲ 10¹⁰ M☉) suelen rotar más; las gigantes (M ≥ 10¹¹ M☉) rotan apenas — estas últimas son «slow rotators» prácticamente sostenidos por presión.
Categorías cinemáticas
El proyecto ATLAS3D (encuesta espectroscópica integral de 260 galaxias cercanas, 2010s) clasificó:
- Fast rotators (~ 86%): rotan en patrón regular. Mayoría de elípticas pequeñas + lenticulares.
- Slow rotators (~ 14%): rotación irregular o ausente. Frecuentemente con núcleos cinemáticamente distintos. Casi todas las galaxias gigantes.
04 · Tamaños y luminosidades
Las elípticas tienen un rango enorme de masas:
Subgrupos
- Elípticas enanas (dE): 10⁸-10¹⁰ M☉, baja luminosidad. Comunes en cúmulos.
- Elípticas normales (E): 10¹⁰-10¹¹ M☉. La categoría intermedia más numerosa.
- Elípticas gigantes (gE / cD): 10¹¹-10¹³ M☉. Dominantes en centros de cúmulos.
- Galaxias compactas pequeñas (cE): M32 es el ejemplo — densa pero pequeña.
- Galaxias enanas ultracompactas (UCD): M ~ 10⁶-10⁷ M☉, R ~ 10-100 pc. Posibles núcleos despojados.
IC 1101: el monstruo
Una de las galaxias más masivas conocidas, en el centro del cúmulo Abell 2029 a 1.000 Mly. Diámetro ~ 4 millones de años-luz (40× la Vía Láctea), masa ~ 10¹³ M☉. Es producto de muchas fusiones acumuladas durante miles de millones de años.
05 · M87: la elíptica modelo
M87 (NGC 4486) es la elíptica gigante más estudiada:
- Distancia: 53 Mly (cúmulo de Virgo).
- Diámetro: ~ 240.000 a.l. (más del doble de la Vía Láctea).
- Masa estelar: ~ 2.4 × 10¹² M☉.
- Tipo morfológico: cD/E0-E1 — gigante con halo extendido.
- Magnitud aparente: +8.6 — observable con telescopio modesto.
Agujero negro central
M87* es un agujero negro supermasivo de 6.5 × 10⁹ M☉ — uno de los más masivos cercanos. Su existencia se infirió en los 1970s del movimiento del gas circumnuclear, y fue fotografiado directamente por el Event Horizon Telescope el 10 de abril de 2019 — la primera imagen directa de un agujero negro en la historia.
Chorro relativista
M87 tiene un chorro relativista visible desde radio hasta gamma, descubierto por Heber Curtis en 1918 como un «curioso rayo recto». Se extiende ~ 5.000 a.l. y muestra movimientos aparentes superlumínicos. Es el AGN cercano más cercano y mejor estudiado.
Cúmulos globulares
M87 alberga ~ 12.000 cúmulos globulares — más de 80 veces los de la Vía Láctea. Esta abundancia es evidencia de una historia rica de fusiones — cada galaxia absorbida aportó sus globulares al halo.
06 · Origen y evolución
El consenso moderno sobre la formación de elípticas:
Modelo monolítico (clásico)
Originalmente se propuso que las elípticas se formaban por colapso monolítico rápido en el universo joven — una nube primordial colapsando y formando todas sus estrellas en un brote inicial.
Modelo jerárquico (moderno)
Las simulaciones cosmológicas N-cuerpos demuestran que las elípticas se forman por fusiones jerárquicas:
-
Fase 1: fusión mayor. Dos espirales similares (gas-poor o gas-rich) se fusionan. Si gas-rich, hay un brote estelar masivo y luego agotamiento del gas. Resultado: elíptica tipo Sérsic n ~ 3-4 con poblaciones jóvenes que envejecen.
-
Fase 2: fusiones menores acumulativas. La elíptica acreta sucesivamente galaxias menores en órbitas radiales. Estas se depositan en el halo extendido, aumentando el tamaño sin aumentar mucho la masa central.
Las elípticas de hoy son producto de 4-10 fusiones durante toda su historia. Las gigantes en cúmulos son producto de decenas de fusiones acumuladas.
Galaxias compactas «red nuggets»
A redshifts z ≥ 2 se observan elípticas muy compactas y masivas (10¹¹ M☉ en R ~ 1 kpc). Son las semillas de las elípticas actuales — estas crecieron a partir de las nuggets vía fusiones menores que añadieron envoltura pero no masa central.
07 · El medio interestelar caliente
Aunque las elípticas no tienen gas frío, sí tienen un medio interestelar caliente observable en rayos X:
- Temperatura: 10⁶-10⁷ K — gas plasma totalmente ionizado.
- Origen: viento de estrellas evolucionadas + supernovas Ia + acreción cósmica.
- Masa total (galaxia gigante): 10⁹-10¹⁰ M☉ — comparable a la masa estelar.
- Distribución: en equilibrio hidrostático con el potencial. Útil para medir la masa total (incluyendo materia oscura).
Las observaciones de Chandra y XMM-Newton mapean este gas y revelan cavidades producidas por chorros del AGN central — feedback que regula el enfriamiento.
08 · El plano fundamental
Las elípticas siguen una relación empírica entre tres parámetros: brillo superficial central (μ), dispersión de velocidades (σ) y radio efectivo (Re):
log Re ≈ 1.24 log σ − 0.82 log μ + cte
Esta relación es el plano fundamental — análoga a la relación Tully-Fisher de las espirales. Reduce el espacio de tres parámetros a un plano de dos, indicando que las elípticas son una familia restringida dinámicamente.
Aplicaciones:
- Distancias — conociendo σ y μ medidas, se infiere Re y se compara con su tamaño aparente para deducir distancia.
- Estudio de evolución — el plano cambia ligeramente con redshift, revelando crecimiento estructural.
09 · Elípticas notables
M49 (NGC 4472)
La elíptica gigante más brillante del cúmulo de Virgo. M ~ 10¹² M☉. Mag +8.4, observable con telescopio mediano.
M60 (NGC 4649)
Gigante elíptica en Virgo, en interacción con NGC 4647. BH central de 4.5 × 10⁹ M☉.
NGC 1316 (Fornax A)
Elíptica peculiar con conchas y polvo — evidencia de fusión reciente. AGN radio prominente.
M105 (NGC 3379)
Elíptica E1 del Grupo Leo. Una de las elípticas «normales» mejor caracterizadas.
Centaurus A (NGC 5128)
Elíptica peculiar con un disco de polvo prominente — producto de fusión espiral-elíptica reciente. AGN con chorros visibles. La radio-galaxia más cercana (12 Mly).
10 · Observación amateur
Varias elípticas son accesibles con telescopio amateur:
M87
- Magnitud +8.6, en Virgo. Visible con prismáticos como una mancha difusa redondeada. Telescopios de 150 mm muestran la luminosidad central concentrada y el chorro requiere apertura ≥ 250 mm + filtros adecuados.
M49 y M60
- En Virgo también, mag +8.4 y +8.8. Observables con telescopios pequeños como manchas difusas elípticas.
M105
- Mag +9.3 en Leo. Acompañada por NGC 3384 y NGC 3389 — un agradable trío para observación.
M32 y M110
- Compañeras de Andrómeda. M32 es elíptica compacta, M110 es elíptica enana — visibles ambas con prismáticos junto a M31.
Las galaxias elípticas son la conclusión de una historia. Lo que comenzó como nubes primordiales y espirales jóvenes en el universo temprano, tras miles de millones de años de gravedad, fusiones y agotamiento de gas, terminan en estos elipsoides rojos donde las estrellas viejas orbitan en patrones caóticos. M87 es ese final llevado al extremo: la galaxia central de un cúmulo, alimentando un agujero negro que vimos por primera vez en 2019.
¿Cómo se forman las galaxias elípticas gigantes?
Por **fusiones mayores secas** (sin gas significativo). El escenario consensuado: dos espirales similares se fusionan, sus estrellas se redistribuyen en órbitas caóticas y la galaxia resultante pierde su disco. Si la fusión ocurre cuando ambas galaxias ya son viejas y agotaron su gas, no hay nuevo brote estelar — el resultado es una elíptica «roja y muerta». Las elípticas gigantes en cúmulos crecen también por **fusiones menores** sucesivas: absorben galaxias enanas en órbita radial, acumulando estrellas en su halo extendido. Las simulaciones cosmológicas reproducen bien las propiedades observadas: dispersión de velocidades, distribución de luz Sérsic, perfiles de metalicidad.
¿Por qué M87 es tan especial?
**Es la galaxia central del Cúmulo de Virgo** (a 53 millones de años-luz) y una de las elípticas más masivas del universo cercano. Tiene tres rasgos extraordinarios: (1) Su **agujero negro supermasivo central** de 6.5 × 10⁹ M☉ es uno de los más masivos conocidos — 1.500 veces el de Sgr A*. (2) Tiene un **chorro relativista** visible desde radio hasta rayos gamma extendiéndose 5.000 a.l. — descubierto en 1918, es el AGN cercano más estudiado. (3) En **abril de 2019**, el Event Horizon Telescope publicó la **primera imagen directa** de un agujero negro — el de M87. La sombra característica y el anillo de fotones confirmaron la relatividad general en régimen de campo fuerte. M87 contiene además ~ 12.000 cúmulos globulares en su halo, evidencia de una historia rica de fusiones.
¿Por qué son rojas y «muertas»?
Porque su población estelar es **mayoritariamente vieja**. En una elíptica típica las estrellas masivas y azules de O y B (vidas cortas, < 100 Ma) ya se extinguieron hace miles de millones de años. Las que dominan la luz hoy son **estrellas rojas tipo K y M** y gigantes rojas — emiten más luz amarillo-roja que azul. El término «rojo y muerto» (red and dead) describe galaxias con tasa de formación estelar despreciable y poblaciones envejecidas. Las elípticas son los ejemplos textbook. La transición espiral → elíptica vía fusiones suele incluir un brote estelar intermedio (visible en galaxias E+A o «post-starburst»), tras el cual el sistema agota su gas y entra en quiescencia. Sin gas → sin nuevas estrellas → solo evolución pasiva de las existentes.
- The realm of the nebulae · Hubble (Yale University Press) · 1936 · enlace ↗
- First M87 Event Horizon Telescope Results · EHT Collaboration, ApJL · 2019 · DOI: 10.3847/2041-8213/ab0ec7
- Formation of Elliptical Galaxies in Cosmological Simulations · Naab et al., MNRAS · 2014 · DOI: 10.1093/mnras/stu1654