Cómo son Laniakea y el Arco Gigante, las estructuras cósmicas más enormes que se lograron vislumbrar

¿Qué es lo más inmenso que puedes imaginar? Seguramente tienes respuestas pues, por suerte, la cultura y la ciencia nos acostumbraron desde la noche de los tiempos a superar los límites de los sentidos, de manera que en nuestras mentes habitan nociones tan inconcebibles como el Universo, que más allá de ser un lugar y es un maravilloso concepto.

Y con la ayuda de la tecnología hemos podido ver lo que nuestros ojos no pueden percibir. Pero, ¿qué es lo más grande que conocemos?

Para encontrarlo, hay que asomarse al cosmos, así que ¡a dejar volar la imaginación! Nos vamos guiados por el profesor Jim Al-Khalili, el físico teórico que presentó el documental de la BBC “Secrets of Size: Atoms to Supergalaxies” (“Secretos del tamaño: átomos a supergalaxias”).

Km, UA, y años luz

Como vamos a hablar de inmensidades, hay que acostumbrarse a dimensiones incomprensibles. Nuestro planeta tiene 12.700 kilómetros de diámetro; el Sol tiene es más de 100 veces más grande. La masa del Sol es la fuente de su inmenso poder gravitatorio sobre todo el Sistema Solar.

Y la distancia entre la Tierra y el Sol es una cifra muy significativa en astronomía. En el espacio, las distancias son tan vastas que el uso de kilómetros pronto se vuelve muy poco práctico, por lo que los astrónomos crearon sus propias unidades de medida.

Una de ellas es la unidad astronómica (UA), que es equivalente a la distancia entre nuestro planeta y nuestra estrella: casi 150 millones de kilómetros. A unos 100.000 UA del Sol hay una esfera de objetos helados llamada nube de Oort.

Es una estructura masiva y, a esas escalas, comenzamos a usar una nueva unidad de medida: la distancia que la luz puede recorrer en un año -9,46 billones de kilómetros-. Esa nube de Oort tiene alrededor de tres años luz de diámetro. Ahora sí, con lo necesario para medir las estructuras más grandes conocidas, dejemos atrás nuestro Sistema Solar para encontrarlas.

El tamaño del Universo

Ahora sabemos que la hermosa cinta de estrellas que a veces podemos ver extendida en el cielo nocturno es la Vía Láctea, nuestra galaxia. Y en gran parte gracias a la astrónoma Henrietta Swan Leavitt, quien trabajó en el Observatorio de Harvard hace unos 125 años, sabemos que no es la única.

Las galaxias vienen en todas las formas y tamaños. Van desde las enanas, tal vez solo una 10ª parte del tamaño de la Vía Láctea, hasta las gigantes, muchas veces más grandes. Se piensa que hay hasta dos billones de galaxias en el Universo observable.

La pregunta es: ¿Todas estas galaxias simplemente flotan solas, moviéndose a través del espacio serenamente como viajeras solitarias, o se unen como parte de estructuras aún más grandes? Y, ¿cómo podemos siquiera responder a esa pregunta? Afortunadamente, para ayudar a abordar este enigma, los cosmólogos pueden aprovechar un fenómeno muy peculiar con el que todos estamos familiarizados aquí en la Tierra: el famoso efecto Doppler.

Vienen y se van

Piensa en una ambulancia. Al acercarse a ti, el tono de sus sirenas es alto, pero cuando se aleja, ese tono cae. El efecto ocurre porque al acercarse, las ondas de sonido se agrupan, acortando la longitud de onda y elevando el tono. Y cuando se aleja, las ondas se espacian, bajándolo.

Las ondas de luz hacen lo mismo. Cuando una fuente de luz se mueve hacia nosotros, sus ondas son más cortas, lo que las mueve hacia el extremo azul del espectro. Cuando se aleja, las ondas se desplazan hacia el rojo. Entonces, al medir el espectro de luz emitida por un objeto cósmico, los astrónomos pueden decir si se está moviendo hacia o lejos de nosotros.

Ese es uno de los usos de la llamada espectroscopia; con esa técnica y otras observaciones, ahora sabemos que las galaxias se mueven a través del espacio de maneras complejas. Bajo la influencia del vasto poder de la gravedad, muchas de ellas se unen en lo que se conoce como grupos galácticos, de hasta unas 50 galaxias.

Estos grupos pueden ser atraídos en estructuras más grandes llamadas cúmulos de galaxias, de quizás 1.000 o más galaxias. Y estos cúmulos pueden agruparse, formando las estructuras más grandes conocidas en el Universo: supercúmulos galácticos. Estos consisten en millones de galaxias y pueden extenderse por distancias superiores a 100 millones de años luz.

Nuestro supercúmulo

En los últimos años los cosmólogos descubrieron el supercúmulo galáctico del que formamos parte. Durante la última década, la profesora Hélène Courtois de la Universidad de Lyon estuvo trabajando con un equipo internacional de astrónomos en la tarea épica de mapearlo.

Courtois se describe como una cosmógrafa, pues trata de “averiguar dónde están las otras galaxias en comparación con la nuestra, midiendo distancias y coordenadas en el cielo. “Mi especialidad no es solo hacer mapas, sino mapear los movimientos de las galaxias en el Universo -le dijo a la BBC-. Soy una cosmógrafa dinámica”.

Primero, Courtois y sus colegas trazaron las posiciones de muchos miles de galaxias, creando intrincados mapas 3D como éste:

Cada galaxia es solo un pequeño punto. Luego midieron el espectro de luz de cada galaxia para ver si era azul o rojo, lo que les indicó la dirección en la que se movían y a qué velocidad.

Encontraron decenas de miles de galaxias fluyendo en la misma dirección, formando un supercúmulo gigante. “Es como un baile en una parte del espacio. Sus movimientos están correlacionados: no son movimientos aleatorios, viajan juntas. “Y así fue como hicimos este descubrimiento”.

Laniakea

En 2014 hicieron el asombroso anuncio: habían mapeado el supercúmulo gigante en el que reside nuestra galaxia. Su verdadero tamaño es incomprensible para nuestras mentes, confinados como estamos a nuestras escalas, formas y tamaños terrestres.

Pero hay paisajes aquí en nuestro planeta que nos pueden dar una idea. Para ayudarnos a entender cómo se ven estos supercúmulos galácticos, los cosmógrafos como Courtois a menudo usan la analogía de un sistema fluvial, con riachuelos que fluyen hacia los ríos, todos dirigiéndose hacia el mar.

En las escalas más grandes del Universo, las galaxias se mueven juntas a través del espacio a lo largo de caminos que se asemejan a los ríos. Y, así como el poder de la gravedad hace que las gotas de lluvia caigan en arroyos y arroyos fluyan cuesta abajo hacia los ríos, las galaxias son atraídas por el inmenso poder de atracción gravitatoria hacia una enorme concentración de masa. Imaginemos cómo se ve Laniakea. Cada uno de los puntos es una galaxia. Cada una de las líneas es un camino que siguen.

Todas las galaxias están siendo arrastradas por increíbles fuerzas gravitacionales a lo largo de estas vías hacia una masa central llamada el Gran Atractor. El Gran Atractor sigue siendo un misterio, pero se cree que tiene la masa de billones de soles.

Laniakea contiene alrededor de 100.000 galaxias como la nuestra y 100 billones de estrellas. Se extiende a lo largo de medio billón de años luz. De ahí su nombre, Laniakea, un término hawaiano que significa ‘cielo inmenso’.

Una incógnita grávida

Estos supercúmulos gigantes apenas se están descubriendo, por lo que solo ahora estamos empezando a familiarizarnos con la forma en que funcionan. Desde las escalas terrenales hasta la rotación de las galaxias, la fuerza de la gravedad es bien entendida por los físicos.

Pero eso no significa necesariamente que entendamos cómo la gravedad mantiene unidos a estos supercúmulos gigantes. Así que cosmólogos como Courtois usan supercúmulos para investigar el funcionamiento de la gravedad a las escalas más grandes.

“¿Funciona como en la Tierra? ¿Fue siempre igual desde el principio de los tiempos? “De lo infinitamente pequeño a lo infinitamente grande, la gravedad es el principal interrogante de la física del siglo XXI. “Todavía no la comprendemos completamente”.

Una respuesta confusa

Al estudiar los supercúmulos, algunos cosmólogos están comenzando a cuestionar algunos de los principios científicos más preciados. De acuerdo con nuestro modelo actual de cosmología, las leyes de la física indican que las estructuras mucho más grandes que Laniakea no pueden existir.

Según la teoría actual, después del Big Bang, la materia se dispersó uniformemente por todo el cosmos, porque las mismas fuerzas actuaron por igual en todo. El poder de la gravedad reunió galaxias y luego cúmulos galácticos.

Pero por encima un cierto tamaño, la gravedad es demasiado débil para unir estructuras. Ese es “el principio cosmológico”, y es uno de los pilares fundamentales de la cosmología moderna. Pero hallazgos recientes arrojaron algunas dudas sobre esta extremadamente importante idea. Sorprendentemente, uno de esos descubrimientos fue hecho por una estudiante.

Serendipia

Alexia Lopez enseña a tocar violín para ayudar a financiar su doctorado y, mientras hacía su investigación, se encontró con algo notable. “Fue realmente emocionante. Mi supervisor tuvo la idea de usar una nueva técnica para mapear lo que hay en el Universo, y me topé con esta gran estructura gigante.

“Fue completamente fortuito”. El ingenioso método que Alexia utilizó involucró objetos muy distantes llamados cuásares. Son centros inmensamente brillantes de galaxias a miles de millones de años luz de distancia, que se cree que están alimentados por agujeros negros súper masivos.

Alexia los usó para iluminar rincones oscuros del Universo. “Hay galaxias y cúmulos de galaxias que no podríamos ver sin los cuásares porque su luz es demasiado débil y son demasiado distantes. Pero los cuásares actúan esencialmente como una luz de antorcha”.

Pero notó que, a medida que su luz viajaba a través de una galaxia, no toda pasaba. “Parte de la luz era absorbida y, por lo tanto, tenía que haber materia ahí bloqueándola”. Usando este método, Alexia creó un mapa 3D de una gran parte del Universo, y encontró un patrón.

Las manchas rojas en el gráfico de Alexia son todas galaxias o cúmulos galácticos, y juntos parecen formar una estructura gigante en forma de arco. “Hemos utilizado tres pruebas estadísticas diferentes, y las tres muestran que el Arco Gigante es en realidad más que un flujo aleatorio”.

Principio a prueba

¿Por qué es tan inesperado y emocionante? “Debido al principio cosmológico, que dice que en las escalas más grandes no debería haber ninguna estructura o patrón en el Universo”.

“El principio cosmológico tiene un límite de corte específico, y se estima que es de unos 1.200 millones de años luz. Pero el Arco Gigante tiene más de 3.000 millones de años luz de ancho, por lo que plantea la pregunta de cómo puede formarse algo así”. Según nuestra comprensión actual de la cosmología, es demasiado grande para mantenerse unido por la gravedad.

Y no es la única superestructura encontrada. Hay otras aún más grandes, como la Gran Muralla Hércules-Corona Boreal, que se cree que es tres veces más grande que el Arco Gigante. Este capítulo de esta historia apenas está empezando, pero podría cambiar las reglas del juego, pues todas nuestras teorías de cómo se formó el Universo después del Big Bang se basan en el principio cosmológico.

“Todavía es demasiado pronto, pero todo está construido sobre esa suposición, por lo que es como sacar la pieza inferior de un rompecabezas jenga... todo se derrumba”, subraya Alexia. Así que no solo son las estructuras de escalas más alucinantes que hemos hallado sino que desafían nuestras creencias más preciadas, transformando todo lo que creíamos saber sobre el comportamiento del Universo y cómo llegamos a estar aquí.

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