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Biografía del Universo 31: La estructura del Universo II




En la entrada anterior de esta serie sobre la “Biografía del Universo” hicimos un fin de etapa, ya que la escritura iba ya resultando farragosa por su longitud. Hoy toca continuar engarzando al último personaje que allí apareció, que era, ni más ni menos, la “bestialidad” estructural de Laniakea.

Laniakea no es tan “bestial” como jocosamente apunta el texto, simplemente es una mota perdida en la inmensidad del Universo observable. La cuestión de que esté en el centro no tiene nada que ver con una visión antropocéntrica… es que realmente, por definición, estamos en el centro del Universo observable (Wikimedia: imagen de J.A. Galán Baho, CC BY-SA 4.0)

Este supercúmulo de Laniakea es uno entre millones de supercúmulos en la extensión del Universo observable. Se cree que así como los cúmulos se agrupan en supercúmulos, en las escalas más grandes del universo visible los supercúmulos se agrupan asimismo en filamentos galácticos, también llamados hipercúmulos -complejos de supercúmulos- o en grandes murallas -más delgadas y planas que los filamentos-, que están rodeados de vacíos a modo de enormes burbujas huecas, conocidas como gotas Lyman-α.[1] Se trata de enormes nubes de gas hidrógeno, del tamaño de varias galaxias, que emiten fuertemente en la línea de emisión Lyman-α del hidrógeno. Pueden formar agrupaciones con un tamaño de hasta 200 millones de años luz.

En el conjunto de toda esta inmensa red cósmica de hilos, paredes y vacíos, los supercúmulos hacen de nodos de la tela de araña, aunque quizá sea mejor asimilar este entramado a unas esponjas de más de mil millones de años luz. En esta esponja nuestro supercúmulo Local, junto con el supercúmulo Hidra-Centauro, forma una de las cinco partes que integran el Complejo de supercúmulos Piscis-Cetus. A este último se le estima un tamaño de alrededor de 1.000 millones de años luz de largo y 150 millones de años luz de ancho, siendo una de las mayores estructuras identificadas hasta ahora en el universo. El complejo está compuesto por cerca de 60 supercúmulos y se estima que tiene una masa total de 1018 masas solares.

Tamaño monstruo es superado por los más de 1.370 millones de años luz de la Gran Muralla Sloan, que está situada a una distancia de mil millones de años luz de la Tierra. Pero no os asustéis, que hay más: U1.11 es un grupo de cuásares -hasta 38- con un tamaño aparente de 2.550 millones de años luz. Quizás penséis que U1.11 os va a hacer caer de espaldas al suelo y que ya no hay más… ¡Pues no! La Gran Muralla de Hércules-Corona Boreal, a la que también se le conoce por Complejo de Supercúmulos de Hércules-Corona Boreal, es una… ¡no hay adjetivos!,  inmensa superestructura de galaxias. Su estructura es un filamento galáctico formado por un gigantesco grupo de galaxias asociadas por la gravedad. Tiene cerca de 10.000 millones de años luz en su mayor dimensión -que representa aproximadamente un noveno del diámetro del universo observable- por 7.200 millones de años luz en la otra. Lo que constituye la estructura más grande y más masiva conocida en el universo observable.

Representación plana (izquierda) y 3D (derecha) de las estructuras de nuestro Universo. Cada punto es una galaxia. La franja azul -o la zona blanca en el 3D- corresponde a la “sombra” de información producida por nuestra Vía Láctea. El campo de representación a la derecha es un cubo de 1.300 millones de años luz. La información proviene de la base de datos 2 Micron All Sky Survey[2] (Imagen izquierda: NASA, CC BY 4.0. Imagen derecha: obtenida de este vídeo, R. Brent Trully et al., fair use)

Pero, si a pesar de todas estas estructuras masivas seguimos diciendo que el universo es homogéneo a grandes escalas, es porque hay más vacío que materia. En nuestras esponjas cósmicas hay más huecos que paredes. Y se les conoce como Vacíos, en donde encontramos muy pocas galaxias. O quizás ninguna. Los vacíos más grandes, los supervacíos, están situados en los espacios de baja densidad del Universo y pueden ser de unos tamaños del entorno unos pocos centenares de millones de años luz. Se cree que los vacíos se formaron en los procesos de las ondas acústicas generadas tras el Big Bang. Recordad de una entrada anterior cómo la masa bariónica en el plasma primordial era desalojada de los pozos gravitatorios de la materia oscura por la gran presión de la radiación, y vueltos a recuperar en parte por la misma materia oscura. En los movimientos de impulsión y colapso de estas masas de materia bariónica se produjeron las semillas de los vacíos. Lo que observamos ahora es el exterior de aquellos huecos primordiales rodeados de materia, que quedaron congelados en el momento del reagrupamiento de núcleos y electrones y que la expansión continua del universo nos ha traído hasta hoy en forma de superestructuras.

De las arrugas cuánticas en el plasma original a la arquitectura de las estructuras actuales del Universo (Imagen: Chris Blake y Sam Moorfield, fair use)

Justo en las cercanías de nuestro Grupo Local tenemos al Vacío… Local, ¡cómo no! Es de tamaño medio, a pesar de que tenga unas dimensiones, según en la dirección donde se mida, de unos 230 a 150 millones de años luz ¡Y sus paredes se abren a una velocidad de 260 kilómetros cada segundo! Como podréis imaginar, un derroche de “nada”… aunque no del todo. Porque no le llega a la altura del zapato al Vacío Gigante, una burbuja de 1.000 o 1.300 millones de años luz de diámetro, dentro de la cual hay una región esférica de unos 160 millones de años luz de diámetro en donde andan “flotando” hasta 17 cúmulos de galaxias que, dada la baja densidad del “agujero”, no interactúan gravitatoriamente entre ellas. Por eso lo de “flotando”. No se acaban aquí las megalomanías del Cosmos. En 2013 se publica la existencia de algo aún más grande, una gran esfera de baja densidad de unos 2.000 millones de años luz de diámetro, a la que, en honor a sus descubridores, se le llama Vacío KBC.[3] Nos cabe el honor de que vivimos en ese vacío.

¿Será KBC el fin de la lista? No creo… la película puede continuar porque el Universo no dejará nunca de sorprender a los humanos.

Vamos a acabar esta descripción del museo de las cosas terroríficas -sí, ya sé que no son terroríficas, pero sus magnitudes me sobrecogen- con dos últimas curiosidades que nos regala la observación de nuestro Cosmos. Son aspectos muy particulares, pero que nos permiten ver la riqueza de formas con que nos lega la dinámica del Universo. Y quién sabe si estas formas particulares no son tan particulares y se repiten a lo largo y ancho del espacio.

La primera se trata del Supervacío de Eridanus, o Punto Frío del WMAP o del CMB, que tiene unos 1.000 millones de años luz de diámetro. Con estos nombres podríais imaginar que es “algo” puesto en el escaparate del mapa de la radiación de fondo de microondas -y así aparece en su fotografía-. Se trata de una región del Universo que, tras su análisis, resultó ser extraordinariamente grande y fría en relación con las propiedades esperadas de la radiación de fondo de microondas (CMB). Primer misterio: Las fluctuaciones térmicas de la CMB -con temperatura promedio de 2,7K- son de aproximadamente 10-5K y la temperatura de dicho supervacío es de 70 µK, mucho más frío que dicho promedio. Segundo misterio: el supervacío abarca unos 5º en el cielo, siendo así que generalmente la mayor de las fluctuaciones primordiales de temperatura del CMB se produce con escalas angulares de alrededor de 1°. El Vacío de Eridanus no encaja bien en nuestros modelos teóricos. Hay dudas y se especula que bien pudiera ser causado por algo más cercano, algo que se interpone en el camino de los fotones de fondo en su viaje hacia la Tierra

El Gran Vacío localizado sobre la imagen de los fotones de la radiación de fondo de microondas (Imagenes: izquierda WMAP Science Team, NASA, CC BY 4.0, derecha Wikimedia, dominio público)

Por último, vamos a hablar de algo realmente inquietante. Tras el gran Supervacío de Eridanus creíamos que en el Universo no podía haber nada más absoluto y misterioso… pero nos equivocamos. Los sudores fríos de vértigo se apoderan de nuevo de nosotros ante estas dos palabras: Gran Atractor. Pero que no cunda el pánico. No es tan misterioso como parece, ya que creemos que no deja de ser más que el mero resultado de la atracción gravitatoria producido por “algo” de masa equivalente a una concentración de decenas de miles de galaxias.

Nuestro Grupo Local de galaxias se mueve con respeto al fondo cósmico de microondas a una velocidad de 631 ± 20 km /seg. Desde hacía tiempo se sabía que algo había en el centro del Supercúmulo de Virgo que arrastraba a las galaxias inmersas en una región de millones de años luz. Observábamos que se alejaban de nosotros, lo que podía ser debido al conocido desplazamiento implícito en la expansión del espacio-tiempo. Pero se llegó a pensar que también podía ser debido a la atracción gravitatoria de una desconocida gran masa de materia, ya que más allá, como si se tratara de una región diametralmente opuesta, hay galaxias cuya luz presenta un corrimiento al azul, lo cual quiere decir que se están acercando a nosotros. La cosa no estaba muy clara, dado que el posible centro atractivo se escondía detrás del halo de nuestra galaxia, oculto por su denso disco de polvo, gases y estrellas.

Pero la tecnología llegó en nuestra ayuda. Fuimos capaces de mirar más allá de lo que se podía hacer con las frecuencias del espectro de lo visible para nuestros ojos y aprendimos a mirar con visión de rayos X. La luz visible no puede atravesar las nubes de gas y polvo que rellenan las galaxias, pero sí que pueden hacerlo los rayos X. Así que nos pusimos a mirar en esta frecuencia hacia la zona donde se sabía que debía estar el misterioso centro de atracción. El análisis reveló que en la región donde debería estar el Gran Atractor, entre 150 y 250 millones de años luz lejos de nosotros, hay una estructura dominante, un cúmulo de galaxias unas mil veces más masivo que la Vía Láctea, que conocemos como Cúmulo de Norma y que justifica un 10% de la teórica masa del Gran Atractor.

Pero aún hubo más sorpresas. A pesar de la superlativa masa del Cúmulo de Norma y del Gran Atractor, ellos solos no podían explicar el movimiento de las galaxias hacia el centro de atracción, cualquiera cosa que fuera este centro. Incluso cuando se miraba “más lejos”, a mayores escalas dentro del espacio, se veía que incluso el Gran Atractor se movía en dirección a algo que tenía que ser incluso más masivo. Algo pasaba que nos era desconocido.

Modelado de las estructuras del Universo -en donde se encuentra el dipolo atractor-repeledor de Shapley- dentro de un rango de 2.500 millones de años luz. Las flechas indican el campo de velocidades de desplazamiento de las galaxias. En rojo y gris los nudos y filamentos de la red de estructuras respectivamente. En verde y amarillo las superficies de isopotencial gravitatorio, que incorporan en amarillo al repeledor del dipolo y en verde al atractor de Shapley. Un punto rojo en el centro corresponde a la posición de la Vía Láctea (Imagen: Yehuda Hoffman et al., Nature (enero 2017), fair use)

Y la causa de la sorpresa se desveló. El mismo estudio en las frecuencias de rayos X nos dijo que en esa misma dirección, a 650 millones de años luz, existe otro gigantesco cúmulo de galaxias que tiene una masa equivalente a unas 1016 masas solares. A este grupo de galaxias se le bautizó como el supercúmulo de Shapley. Y aunque ya sabemos que el Complejo de supercúmulos Piscis-Cetus tiene una masa cien veces mayor que Shapley, hay que reconocer que este último no está del todo mal. Se trata de la más grande concentración de galaxias en el universo cercano que forman todas ellas una familia de interacción gravitacional, lo cual implica que las galaxias se atraen entre sí en lugar de expandirse con el universo. El análisis de los datos obtenidos sugiere que sólo el 44% de la aceleración que sufre nuestra galaxia en esta dirección es el resultado del tirón gravitatorio de las galaxias que se encuentran en los dominios de Gran Atractor, y que lo que realmente está tirando de todo nuestro vecindario cósmico es el Supercúmulo de Shapley, que está a su vez ayudado por la acción misteriosa de repulsión de una zona de baja densidad, el Dipolo Repeledor, que se encuentra más o menos en sentido contrario y a una distancia parecida.[4] De forma que la atracción de uno es semejante a la repulsión que ejerce el otro.

La atracción egocéntrica de Shapley parece insinuarnos una fuerza singular, en donde todo se va a sublimar en un punto que concentre el recuerdo de lo que pasó. No hay más, y es la excusa adecuada y perfecta para plantear el hito final de nuestra historia. Desde un planeta como la Tierra a una gran muralla; desde la distancia de Plank a la inmensidad de un incompleto Universo observable; desde hace 13.800 millones de años a hoy en día; desde el vacío cuántico a 10-29 gr/cm3 de densidad de energía, … la maravillosa historia del Cosmos que, gracias a la sorprendente curiosidad de unos hombres, cuyo cerebro de kilo y medio sonríe ante la visión de los estratosféricos 9,27 x 1052 kilos de materia del Universo, se nos ha permitido conocer.

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Aquí sí que es el fin. El fin de una historia de hechos físicos -a veces la ignorancia nos dice que también puedan ser matemáticos- pero que tiene más poesía que la que surge espontáneamente al contemplar el mar de luces cósmicas en la noche.

“Solo el cielo sabe por qué lo amamos tanto” (Wirginia Woolf)

Cuando volvamos a elevar la mirada a la profundo bóveda celeste ya no nos vamos a conformar con ver simplemente lo que nuestros ojos aprecian. Pensaremos que todo un piélago de materia desconocida para nosotros, la materia oscura, nos contempla. Cerraremos unos instantes nuestros párpados e imaginaremos la gran nube negra que rodea a cada punto luminoso, sin la que éste no existiría. Un mar aún mayor de energía oscura que tira y tira dilatando las carnes del soporte de nuestras existencias. Unos océanos de fuegos y gases respondiendo a unas sencillas leyes que dibujan belleza en la oscuridad. Un misterio de la duda ante lo inabarcable. Ante esa contemplación espero, estoy seguro, que viviréis un momento mágico lleno de emociones y cargado de belleza.

 La siguiente entrada, la última, la dedicaré a los detalles “administrativos”. Bibliografía, tablas de información útil… y poco más.

  1. Hablamos con un poco de detalle de las líneas Lyman-α en la entrada dedicada a la Reionización. []
  2. Para saber un poco más sobre esta catalogación de objetos astronómicos podéis enlazar aquí que os lleva a una página de la Universidad Caltech específica del proyecto 2MASS. []
  3. KBC son las iniciales de los tres astrofísicos, R. C. Keenan, A. J. Barger2 y L. L. Cowie, que publicaron su descubrimiento en la revista “The Astrophisical Journal” de septiembre de 2013. []
  4. Realmente se encuentran a 16,000 ± 4,500 km/s uno del otro. Puede sorprender unidades de velocidad para fijar una distancia. Se usan en astronomía pensando en que son unidades equivalentes a la velocidad de Hubber.  Para pasar de unidades “velocidad” a unidades “distancia” hay que multiplicar por la inversa de la constante de Hubber (seg*-1). En esas unidades 100 km/seg son aproximadamente 4,66 años luz. De forma que  el Gran Atractor y el Dipolo Repeledor están tan “cerca” como 746 ± 210 años luz. []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 5 } Comentarios

  1. Gravatar Macluskey | 22/04/2018 at 07:09 | Permalink

    Genial serie, Jreguart, como lo han sido todas las tuyas.

    Un placer leerte y aprender contigo los misterios de este Universo en el que vivimos.

    ¡Muchas gracias!

    Mac

  2. Gravatar Eloy | 22/04/2018 at 10:56 | Permalink

    ésta entrada necesita mas de una lectura , cuesta demasiado adecuar la mente a estas dimensiones , en ABC ciencias comentan acerca de la “Primera imagen de la «telaraña cósmica» que une las galaxias” . http://www.abc.es/ciencia/20140120/abci-primera-imagen-telarana-cosmica-201401201019.html . a medida que vas leyendo te das cuenta que no es tan concluyente . como casi siempre sucede …. en fin , estoy muy complacido leyendo tu entrada . y de exquisita profundidad la cita de Virginia Woolf . gracias por todo tu trabajo .

  3. Gravatar jreguart | 23/04/2018 at 08:06 | Permalink

    Hola Eloy,

    doblemente gracias por el enlace que aportas y por tus amables palabras.

  4. Gravatar Garces Gana | 23/04/2018 at 03:54 | Permalink

    “Nada más sublime , nada más religioso que el estudio de la naturaleza….La contemplación de sus varios productos será siempre una fuente inagotable de los goces más puros , que nunca dejan remordimientos , y no despierta jamás pasiones mezquinas” .

  5. Gravatar jreguart | 27/04/2018 at 01:05 | Permalink

    Hola Garces Gana,

    me había parecido que no había que añadir nada más para vivir la belleza de la frase del “sabio Philippi”. Pero hoy, escuchando una conferencia sobre Einstein y la moderna astrofísica, me he acordado de tu aportación cuando he oído lo que en algún momento nos regaló don Alberto: “Los científicos encuentran su recompensa en lo que Henri Poincaré llama la alegría de entender y no en la aplicación que se puede obtener de cualquier descubrimiento.”

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