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La red cósmica: de creernos el centro del universo a saber que habitamos en un gigantesco agujero

Todo el universo observable conocido está integrado en una vasta red cósmica de materia que conecta estructuras físicas ligadas gravitatoriamente como los cúmulos de galaxias separados por inmensos vacíos

Proyección a gran escala de Illustris centrado en el cúmulo más masivo donde se muestra la densidad de la materia oscura (izquierda) en transición a la densidad del gas (derecha).
Proyección a gran escala de Illustris centrado en el cúmulo más masivo donde se muestra la densidad de la materia oscura (izquierda) en transición a la densidad del gas (derecha).ILLUSTRIS SIMULATION

Supongamos que nos podemos ir de casa, y alejarnos no un poco, sino más allá de los confines de nuestro sistema solar, mucho más allá. Dejemos atrás el brazo de Orión, esa parte de la estructura en espiral de nuestra galaxia que tenemos más cerca. Seguimos viajando y abandonamos ahora la estructura de miles de millones de estrellas que giran en torno a un punto cercano a Sagitario A*, el monstruoso agujero negro que habita en corazón de la Vía Láctea.

Si nos distanciamos lo suficiente para que toda esa estructura se convierta en un punto, ¿hacia dónde iríamos desde ahí en busca de otras galaxias? ¿Encontraríamos algo igual de cerca independientemente de la dirección en la que viajemos? La respuesta simple es no.

Determinar cuál es la estructura a gran escala del universo es una de las preguntas fundamentales en cosmología. Conocemos por mapas de cielo que, por cierto, cada vez nos resulta más difícil construir por efecto de la contaminación lumínica, que la materia del universo en las escalas más grandes se organiza en intrincados patrones geométricos en forma de telaraña. Sí, he dicho telaraña. No es uniforme ni es aleatoria, tiene forma de red, lo que conocemos como red cósmica.

La materia del Universo en las escalas más grandes se organiza en intrincados patrones geométricos en forma de telaraña, una red cósmica

Nuestra galaxia, por ejemplo, está ligada gravitatoriamente a una estructura más grande conocida como el Grupo Local que a su vez está inmersa en el Supercúmulo Local, que no es otra cosa que una acumulación de más de cien grupos individuales y cúmulos de galaxias. El universo a gran escala no es homogéneo, tiene estructura, grandes paredes, filamentos, nodos y sobre todo grandes vacíos. La Vía Láctea se encuentra en uno de ellos, el más grande, el conocido como KBC (por las siglas de los astrónomos que lo descubrieron Keenan, Barger y Cowie). KBC se refiere a la vecindad de la Vía Láctea, cuya densidad media de materia es considerablemente menor que la media del universo observable, tiene un diámetro de unos 2.000 millones de años luz e incluso aparece en el Guinness de los récords. Habitamos en ese vacío cuasi-esférico.

Gracias a los grandes mapeados del cielo hemos observado que la materia del cosmos se concentra en patrones geométricos con jerarquía de diferentes estructuras. Por un lado, están las burbujas, en su intersección es donde vemos lo que llamamos las paredes, y en la intersección de las paredes se forman los bordes conocidos como filamentos, con cada estructura descrita bajamos una dimensión. Los filamentos quizás son los más obvios a primera vista, son elongados e interseccionan en los nodos de la red cósmica. Los nodos son los lugares donde se concentra la mayor parte de la materia.

Pero en esta red sobre todo hay huecos, donde casi no hay galaxias, inmensas burbujas vacías. Los vacíos tienen diámetros típicos de entre 30 y 300 millones de años-luz. La mayor parte del volumen cósmico resulta estar vacío.

Es en los sitios donde se cruzan dos o más filamentos grandes, donde la densidad de materia llega a ser tan alta que pueden formarse cúmulos masivos de galaxias, que contienen cientos o miles de galaxias. Los cúmulos de galaxias, que son los objetos gravitatoriamente ligados más grandes y masivos del universo, representan los “nodos” de alta densidad de la red cósmica. A lo largo de los filamentos, que pueden alcanzar longitudes de varios cientos de millones de años-luz, los cúmulos acumulan materia nueva, lo que significa que aún están creciendo, acretando material. La mayoría de las galaxias del universo se encuentran en pequeños grupos, como el Grupo Local, situado en un filamento que conecta el cúmulo de Fornax con el cúmulo de galaxias de Virgo.

En la red cósmica, sobre todo hay inmensas burbujas vacías de entre 30 y 300 millones de años-luz. La mayor parte del volumen cósmico resulta vacío
Visualización de la topología en forma de red de la distribución de galaxias.
Visualización de la topología en forma de red de la distribución de galaxias.Kim Albrecht (Center for Complex Network Research)

El estudio de la red cósmica permite, por ejemplo, entender cómo las galaxias obtienen su masa. La formación de galaxias no es isotrópica, sino que tiene direcciones preferenciales que vienen marcadas por la existencia de estructura en la red cósmica. Si dos galaxias van a fundirse en general no lo van a hacer desde cualquier dirección, sino que la probabilidad es que lo hagan en la dirección de los filamentos de esta red. La red conecta, por tanto, diferentes escalas, la estructura de tamaños de unos 300.000 años-luz con tamaños dos órdenes de magnitud más grandes.

El insoportable peso de la gravedad dado un conjunto de condiciones iniciales se encarga de construir con el tiempo el intrincado patrón geométrico en forma de telaraña en el que está distribuida la materia del universo. Partiendo de unas simples condiciones iniciales, que conocemos gracias a los mapas del fondo cósmico de microondas es posible reproducir, con la simple asistencia de las leyes de la física como crecen estas estructuras cósmicas.

Las semillas ya estaban plantadas en el universo primitivo, esas fluctuaciones aleatorias que presenta el universo en pañales que hemos medido gracias a satélites como COBE o PLANCK. Todo está escrito, parece ser, en esas condiciones iniciales.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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Sobre la firma

Eva Villaver
Directora de la Oficina Espacio y Sociedad de la Agencia Espacial Española, y profesora de Investigación del Instituto de Astrofísica de Canarias.

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