El espacio es como una esponja; filamentos largos y brillantes de miles y millones de galaxias se alternan con vacíos, agujeros negros en los que hay muchos menos cúmulos de estrellas que el promedio. Es cierto que a nadie se le permite ver el Universo así: no importa dónde se encuentre el observador, la dispersión de estrellas y galaxias parecerá ser la superficie interna de la esfera, en el centro de la cual se encuentra el espectador.
Los astrónomos de la antigüedad y hasta principios del siglo XX parecían tener un cielo plano: sabían cómo determinar la distancia solo a los objetos astronómicos más cercanos: el Sol, la Luna, los planetas del sistema solar y sus grandes satélites; todo lo demás era inalcanzable lejos, tan lejos que no tenía sentido hablar de lo que estaba más cerca y lo que vendría después. Solo a principios del siglo XX, el espacio profundo comenzó a adquirir volumen: aparecieron nuevas formas de medir distancias a estrellas distantes, y aprendimos que, además de nuestra galaxia, también hay innumerables cúmulos de estrellas. Y a finales de siglo, la humanidad descubrió que su galaxia nativa está dando vueltas en uno de los espacios entre los filamentos de la "esponja" estelar, en un lugar que está muy vacío incluso para los estándares cósmicos.
Del plano al volumen
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El ojo humano puede distinguir un objeto distante de uno cercano solo si estos objetos no están demasiado lejos del observador. Un árbol que crece cerca y una montaña en el horizonte; una persona de pie en la fila frente al espectador, y cien personas de él. La binocularidad nos permite comprender qué está lejos y qué está cerca (con un ojo también se puede hacer, pero con menos precisión) y la capacidad del cerebro para evaluar el paralaje: el cambio en la posición aparente de un objeto en relación con un fondo distante.
Cuando miramos las estrellas, todos estos trucos son inútiles. Con un telescopio potente, puede estimar la distancia a las estrellas más cercanas al Sol usando paralaje, pero aquí es donde terminan nuestras capacidades. El máximo alcanzable con este método se logró en 2007 con el telescopio satelital Hipparcos, que midió la distancia hasta un millón de estrellas en las proximidades del Sol. Pero si el paralaje es su única arma, entonces cualquier cosa más allá de unos cientos de miles de parsecs seguirá siendo puntos en la superficie interna de la esfera. Más bien, permaneció, hasta los años veinte del siglo pasado.
La simulación Millenium calcula 10 mil millones de partículas en un cubo con un borde de aproximadamente 2 mil millones de años luz. Para su primer lanzamiento en 2005, se utilizaron datos preliminares de la misión WMAP, que estudió la radiación reliquia del Big Bang. Después de 2009, cuando el Observatorio Espacial Planck aclaró los parámetros del CMB, la simulación se reinició repetidamente, cada vez que la supercomputadora de la Sociedad Max Planck tardó un mes en ejecutarse. La simulación mostró la formación de galaxias y su distribución: la aparición de cúmulos de galaxias y vacíos entre ellas.
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¿Dónde en el espacio "esponja" está la Vía Láctea?
La Vía Láctea está ubicada a 700 mil parsecs de la galaxia grande más cercana, Andrómeda, y junto con la galaxia del Triángulo y cincuenta galaxias satélites enanas forman el Grupo Local de Galaxias. El Grupo Local, junto con una docena de otros grupos, es parte de la Hoja Local - un filamento galáctico, parte del Supercúmulo Local de Galaxias (supercúmulo), también conocido como el Supercúmulo Virgo; además de la nuestra, contiene alrededor de mil galaxias grandes. Virgo, a su vez, forma parte del supercúmulo Laniakei, que ya contiene alrededor de 100 mil galaxias. Los vecinos más cercanos de Laniakea son el supercúmulo Hair of Veronica, el supercúmulo Perseo-Piscis, el supercúmulo Hércules, el cúmulo Leo y otros. El trozo de vacío cósmico más cercano a nosotros, la Entrada Local, está al otro lado de la Vía Láctea, que no está frente a la Hoja Local. Desde el Sol hasta el centro del Vacío Local, tiene aproximadamente 23 Mpc y su diámetro es de aproximadamente 60 Mpc, o 195 millones de años luz. Y esta es una gota en el océano comparada con el verdadero Gran Vacío que posiblemente nos rodea.
En 2013, un grupo de astrónomos llegó a la conclusión de que la Vía Láctea, y con ella las galaxias más cercanas, la mayoría de Laniakea, se encuentran en medio de un vacío verdaderamente gigante de unos 1.500 millones de años luz de largo. Los científicos han comparado la cantidad de radiación que llega a la Tierra desde galaxias cercanas y desde rincones distantes del universo. La imagen parecía como si la humanidad viviera en las afueras de una metrópoli: el resplandor sobre una gran ciudad ilumina el cielo nocturno más que la luz de las ventanas de las casas cercanas. El área gigante de vacío relativo se denominó vacío KVS, después de las primeras letras (latinas) de los nombres de los autores del estudio, Ryan Keenan, Amy Barger y Lennox Cowie.
El PIC vacío sigue siendo objeto de debate en la comunidad de astrónomos. Su existencia solucionaría algunos problemas fundamentales. Recuerde que un vacío no es un vacío, sino una región en la que la densidad de las galaxias es un 15-50% más baja que la media del Universo. Si existe el vacío de KBC, entonces esta baja densidad explicaría la discrepancia entre los valores de la constante de Hubble (que caracteriza la tasa de expansión del Universo) obtenidos con la ayuda de Cefeidas y mediante la radiación de fondo de microondas cósmica. Esta discrepancia es uno de los problemas más difíciles de la astrofísica moderna, porque en teoría la constante de Hubble, como cualquier otra constante, no debería cambiar según el método de medición. Si la Vía Láctea está en un vacío gigante, entonces la radiación reliquia en el camino a la Tierra se encuentra con mucha menos materia que el promedio en el espacio; corrigiendo esto,puede conciliar datos experimentales y medir con precisión la tasa de expansión del universo.
Teorías del origen de supercúmulos galácticos y vacíos
Inmediatamente después del descubrimiento de supercúmulos de galaxias y vacíos, los científicos se preguntaron sobre su origen, y desde el principio quedó claro que no se puede prescindir de la masa invisible del Universo. Una estructura esponjosa no puede ser producto de materia bariónica normal, de la que estamos compuestos nuestros objetos familiares y nosotros mismos; según todos los cálculos, su movimiento no podría conducir a la macroestructura observada hoy durante el tiempo transcurrido desde el Big Bang. Los supercúmulos galácticos y los vacíos solo podían generarse mediante la redistribución de la materia oscura, que comenzó mucho antes de que se formaran las primeras galaxias.
Sin embargo, cuando apareció la primera teoría para explicar la existencia de hilos y vacíos, el Big Bang aún no se había discutido. El astrofísico soviético Yakov Zeldovich, que junto con Jaan Einasto comenzó a estudiar la macroestructura, realizó sus primeros cálculos en el marco del concepto de materia oscura como neutrino, conocido como teoría de la materia oscura caliente. Según Zeldovich, las perturbaciones de la materia oscura que ocurrieron en las primeras etapas de la existencia del Universo provocaron la aparición de una estructura celular (“panqueques”), que luego atrajo gravitacionalmente materia bariónica y, en poco más de trece mil millones de años, formó la estructura observada de supercúmulos galácticos, filamentos y paredes y vacíos entre ellos.
A mediados de la década de 1980, la teoría de la materia oscura caliente se abandonó en favor de la teoría de la materia oscura fría. Entre otras cosas, se distinguía de la teoría de los neutrinos por las escalas a las que surgían las inhomogeneidades primarias, más pequeñas y, por lo tanto, al parecer, no explican la existencia de la "esponja" cósmica con sus elementos de cientos de miles de pársecs de largo. Sin embargo, durante las siguientes dos décadas, los astrofísicos han logrado reconciliar el modelo "panqueque" con las matemáticas detrás de la materia oscura "fría".
Las simulaciones por computadora modernas muestran perfectamente cómo las fluctuaciones en la distribución de la materia oscura en el universo joven dieron lugar a filamentos y vacíos galácticos. La más famosa de estas simulaciones, realizada en el marco del proyecto The Millennium Simulation en 2005 en una supercomputadora en el Leibniz, muestra la formación de estructuras comparables en tamaño al supercúmulo de Laniakei, aquel en el que gira nuestra galaxia.
Anastasia Shartogasheva
