​Abstract threads. Image: Andriy Onufriyenko/Getty Images
Abstract threads. Image: Andriy Onufriyenko/Getty Images

El universo está conectado por estructuras gigantescas

Los científicos están descubriendo que las galaxias pueden recorrer enormes distancias unas con otras, en contra de lo que predicen los modelos cosmológicos básicos. La razón por la que podría cambiar todo lo que creemos saber sobre el universo.
15.11.19

Este hallazgo “sugiere que algo falla en las simulaciones cosmológicas estándar”, según un estudio de 2018 publicado en la revista Science y dirigido por Oliver Müller, astrónomo de la Universidad de Estrasburgo, en Francia.

“Por el momento, lo hemos observado en las tres galaxias más cercanas”, me explicó Müller en una llamada. “Naturalmente, se puede argumentar que si se ha visto solo en tres, todavía no se puede considerar un dato estadístico. Sin embargo, sí es cierto que cada vez que disponemos de datos útiles, observamos este fenómeno, así que podría ser universal”.



En un estudio de 2015, Libeskind y su equipo proponían que los filamentos de la red cósmica podrían estar guiando a estas galaxias organizadas, un proceso que estaría acorde con el modelo ΛCDM. En cualquier caso, todavía no hay una respuesta concluyente para este dilema.

“Una de las maravillas de la ciencia es que puedes crear un modelo a partir de miles de fragmentos de datos, pero como haya una sola cosa que no encaje, todo se empieza a resquebrajar. Si no arreglas la fisura, al final todo el edificio acaba desmoronándose”, dijo Libeskind.

La nueva generación de estudio galáctico

Esta incertidumbre tan atractiva ha llevado a astrónomos como Marcel Pawlowski, uno de los autores del estudio de 2018 publicado en Science, a centrar sus investigaciones exclusivamente en ella. Pawlowski espera poder disponer de datos de la nueva generación de observatorios de 30 metros que sean capaces de mostrar si en torno a otras grandes galaxias se reproduce un patrón isotrópico u organizado de galaxias satélite.

“Lo que debemos hacer ahora es ampliar la búsqueda a sistemas satelitales más lejanos, encontrar galaxias satélite y medir sus velocidades”, añadió Pawlowski en una llamada.

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“Este campo ha avanzado gracias al debate que se ha generado”, añadió. “Ha sido muy beneficioso ver cómo se ha ido consolidando la evidencia empírica”.

“Lo que me gusta de todo esto es que seguimos estando en una fase inicial. Es superemocionante”

Ya sean los anómalos desplazamientos de las galaxias enanas en nuestro vecindario galáctico o el asombroso alineamiento entre galaxias separadas por millones o miles de millones de años luz, está claro que estos movimientos son piezas clave para descifrar la estructura a gran escala del universo.

Las galaxias que vemos capturadas en posiciones estáticas en todas esas bellas imágenes con profundidad de campo están, en realidad, guiadas por complejas fuerzas que todavía no comprendemos del todo, como la red cósmica que apuntala el universo entero.

“Lo que me gusta de todo esto es que seguimos estando en una fase inicial”, señaló Müller. “Es superemocionante”.

La Vía Láctea, la galaxia en la que vivimos, es una de los cientos de miles de millones de galaxias diseminadas por todo el universo. La variedad de estas resulta sorprendente: espirales, galaxias en forma de anillo con incrustaciones de estrellas y otras tan antiguas que emiten un brillo sin parangón en todo el universo.

Pero a pesar de sus diferencias y las alucinantes distancias que las separan, los científicos han descubierto que algunas galaxias se desplazan juntas siguiendo unos patrones extraños y, a veces, inexplicables, como si estuvieran conectadas por una inmensa fuerza invisible.

Las galaxias que se encuentran a pocos millones de años luz unas de otras pueden ejercer una influencia gravitacional mutua predecible, pero entre galaxias distantes se han observado misteriosos patrones que trascienden esas interacciones locales.

Estos hallazgos apuntan a la enigmática influencia de las llamadas “estructuras a gran escala”, que, como su nombre indica, son los objetos conocidos de mayor tamaño del universo. Estas estructuras están compuestas de gas hidrógeno y materia oscura, y toman la forma de filamentos, láminas y nudos que unen galaxias en una inmensa maraña denominada red cósmica. Sabemos que esas estructuras tienen repercusiones importantes en la evolución y el movimiento de las galaxias, pero todavía queda muchísimo por descubrir sobre la dinámica por la que se rigen.

“Es una forma de sondear y restringir las leyes de la gravedad y la naturaleza de la materia, la materia oscura, la energía oscura y el universo”

La comunidad científica no ve el momento de conocer nuevos detalles, ya que algunos de estos fenómenos desafían los conceptos más básicos sobre el universo.

“Esa es, en realidad, la razón por la que todo el mundo está constantemente estudiando las estructuras a gran escala”, me explicó en una llamada telefónica Noam Libeskind, cosmógrafo del Leibniz-Institut de Astrofísica (AIP), en Alemania. “Es una forma de sondear y restringir las leyes de la gravedad y la naturaleza de la materia, la materia oscura, la energía oscura y el universo”.

¿Por qué las galaxias distantes se mueven al unísono?

Las galaxias tienden a formar cúmulos unidos por la gravedad y que, a su vez, forman parte de supercúmulos mayores. Así, el domicilio cósmico completo de la Tierra debería indicar que está en la Vía Láctea, y que esta pertenece al Grupo Local, formado por varias decenas de galaxias. El Grupo Local está en el supercúmulo de Virgo y contiene más de 1000 galaxias.

En el ámbito “local”, con frecuencia las galaxias alteran la rotación, la forma y las velocidades angulares de otras galaxias. A veces incluso unas devoran a otras, un acontecimiento que se conoce como canibalismo galáctico. Pero algunas de ellas muestran una serie de vínculos dinámicos a distancias tan grandes que no pueden explicarse por sus campos gravitatorios propios.

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Un estudio publicado en octubre en The Astrophysical Journal, por ejemplo, reveló que había cientos de galaxias rotando en sincronización con el movimiento de otras galaxias que se hallaban a decenas de millones de años luz de distancia.

“Se trata de un descubrimiento muy reciente e inesperado”, señalaba en un email el autor principal del estudio, Joon Hyeop Lee, astrónomo en el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencia Espacial. “Nunca he visto informes previos de observaciones ni predicciones de simulaciones numéricas relacionadas exactamente con este fenómeno”.

Lee y sus compañeros estudiaron 445 galaxias a una distancia de 400 millones de años luz de la Tierra y advirtieron que muchas de las que rotaban en dirección hacia nuestro planeta tenían vecinas que también se desplazaban en la misma dirección, mientras que las vecinas de las que se movían en sentido opuesto a la Tierra compartían ese mismo desplazamiento.

“La coherencia observada debe de tener alguna relación con las estructuras a gran escala, porque es imposible que exista una interacción directa entre galaxias separadas por una distancia de seis megaparsecs [unos 20 millones de años luz]”, señaló Lee.

"La variedad de galaxias resulta sorprendente: espirales, galaxias en forma de anillo con incrustaciones de estrellas y otras tan antiguas que emiten un brillo sin parangón en todo el universo"

Lee y sus compañeros apuntan a la posibilidad de que las galaxias sincronizadas se hallen integradas en una misma estructura a gran escala que rota muy lentamente en sentido antihorario. Esta dinámica subyacente podría ser la causa de la coherencia observada entre la rotación de las galaxias estudiadas y la de sus vecinas, aunque Lee advierte que será necesario investigar de forma mucho más exhaustiva para corroborar estos hallazgos y conclusiones.

Aunque el fenómeno de las galaxias sincronizadas es nuevo, no es la primera vez que los científicos encuentran coherencias inexplicables entre galaxias a distancias todavía mayores. En 2014, un equipo observó curiosos alineamientos de agujeros negros supermasivos en los núcleos de cuásares, que son antiguas galaxias ultraluminosas que se extienden a lo largo de miles de milones de años luz.

Liderado por Damien Hutsemékers, astrónomo de la Universidad de Lieja, en Bélgica, el equipo de investigadores pudo observar este increíble fenómeno de sincronicidad estudiando el universo, cuando este solo tenía unos pocos miles de millones de años de antigüedad, con el Very Large Telescope (VLT), en Chile.

Con esas observaciones se registró la polarización de la luz de casi 100 cuásares; estos datos se usaron para reconstruir la geometría y el alineamiento de los agujeros negros en sus núcleos. El resultado reveló que los ejes de rotación de 19 cuásares del grupo eran paralelos, pese a que entre ellos había una separación de varios miles de millones de años luz.

"Una de las maravillas de la ciencia es que puedes crear un modelo a partir de miles de fragmentos de datos, pero como haya una sola cosa que no encaje, todo se empieza a resquebrajar"

El descubrimiento, que se publicó en el diario Astronomy & Astrophysics, indica que, en el universo primitivo, las estructuras a gran escala influyeron en las dinámicas de las galaxias a lo largo de inmensas distancias.

“Se sabe que los ejes de rotación de la galaxia están alineados con estructuras a gran escala tales como los filamentos cósmicos, pero esto ocurre a una escala inferior”, dijo Hutsemékers en un email, y añadió que existen estudios teóricos en los que se intenta explicar este proceso.

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“No obstante, hoy por hoy no hay un argumento que explique por qué los ejes de los cuásares están alineados con los del gran grupo en el que se hallan integrados”, señaló.

La verdad sobre las galaxias sincronizadas podría cambiarlo todo

El secreto de la sincronización de las galaxias podría suponer una amenaza al principio cosmológico, uno de los supuestos básicos que postula que el universo es, en esencia, uniforme y homogéneo a la mayor escala imaginable. Sin embargo, “la existencia de correlaciones en los ejes de los cuásares en escalas tan extremas constituiría una anomalía considerable del principio cosmológico”, según apuntan Hutsemékers y sus colegas en el estudio.

Hutsemékers cree, sin embargo, que haría falta detectar y estudiar más estructuras de este tipo para corroborar esa supuesta falla en el principio cosmológico. “Hacen falta otras estructuras similares para confirmar una anomalía real”, concluyó.

Por ahora, las dinámicas subyacentes a las posiciones de los cuásares siguen sin comprenderse del todo porque no existen técnicas de observación que permitan profundizar en ellas. “Por lo que respecta a los alineamientos a gran escala, seguimos a la espera de poder recabar más datos”, dijo Hutsemékers. “Estos estudios son estadísticos, y un avance en ese sentido implicaría disponer de una enorme cantidad de datos de polarización que no resulta nada fácil reunir con el instrumental de que disponemos actualmente”.

Tal vez la nueva generación de radiotelescopios, como el Square Kilometre Array (SKA), pueda arrojar más luz sobre estos misteriosos alineamientos.

“Una de las maravillas de la ciencia es que puedes crear un modelo a partir de miles de fragmentos de datos, pero como haya una sola cosa que no encaje, todo se empieza a resquebrajar. Si no arreglas la fisura, al final todo el edificio acaba desmoronándose”.

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La alineación de los cuásares no es el único desafío a los modelos establecidos del universo presentado por las galaxias sincronizadas. De hecho, uno de los debates más controvertidos en el ámbito de la cosmología se centra en el modo en que las galaxias enanas parecen alinearse en torno a otras de mayor tamaño, como la Vía Láctea.

Estas galaxias satélite son la piedra en el zapato de lo que se conoce como el modelo ΛCDM, una línea temporal teórica del universo desde el Big Bang. Las simulaciones del universo bajo este modelo predicen que las galaxias satélite acabarán estableciendo órbitas caóticas en torno a otras galaxias de mayor tamaño.

Las observaciones realizadas en la última década han revelado que una parte considerable de las galaxias satélite que orbitan la Vía Láctea están sincronizadas en un mismo plano orbital ordenado. Al principio, los científicos se cuestionaron si aquello era un fenómeno extraño propio de nuestra galaxia, hasta que se observó un plano de satélites similar en torno a Andrómeda.

Las alarmas saltaron en 2015, cuando los astrónomos publicaron observaciones del mismo fenómeno, esta vez en torno a Centaurus A, una galaxia elíptica a unos 10 millones de años luz de la Vía Láctea.

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