La estructura del Universo

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Cuando observamos el cielo nocturno vemos estrellas en diferentes puntos. Todas ellas pertenecen a nuestra propia galaxia: la Vía Láctea, pero hay muchas más galaxias en el Universo, algunas cercanas y otras más lejanas y surge la pregunta de si hay un orden o estructura en su distribución. ¿Son las galaxias las estructuras mayores que podemos encontrar en el Universo o hay estructuras aún mayores descubiertas por la astronomía? En realidad las galaxias se distribuyen en grupos de galaxias (cúmulos galácticos) dejando inmensas regiones de espacio vacío entre los cúmulos. Algunos de estos cúmulos se agrupan en estructuras aún mayores (supercúmulos) y los mayores de ellos reciben el nombre de Gran muralla. Estas superestructuras tienen una estructura peculiar (los matemáticos dirían fractal) que se repite en escalas espaciales diferentes. Podríamos decir que las Galaxias se distribuyen en filamentos alargados en los que se repiten estructuras comunes en tamaños muy diversos como en una tela de araña tridimensional. Sin embargo, si queremos comprender la magnitud de estas escalas de tamaño deberemos empezar por preguntarnos algunas cosas básicas sobre el tamaño del Universo observable, las galaxias y las distancias que las separan.

La orilla del océano cósmico

 

Vista panorámica de la Vía Láctea desde la Tierra.

Vista panorámica de la Vía Láctea desde la Tierra.


 
Una galaxia como la Vía Láctea es tan grande que la luz emitida por las estrellas en uno de sus estremos tarde en alcanzar el otro extremo de la galaxia unos 100.000 años. Como la luz viaja a la friolera de 300.000 kilómetros por segundo la esta distancia equivale a uno 1000 billones de kilómetros. Para evitar dar números tan grandes (y espeluznantes!) los astrónomos utilizan otras unidades de distancia basadas en el año luz años luz. Nosotros diremos que la Vía Láctea tiene un diametro de 100.000 años luz. La Galaxia entera gira sobre su núcleo en unos 15-18 millones de años y las enormes distancias que separan unas estrellas de otras indican que conceptos habituales en la Tierra como la simultaneidad de dos sucesos sencillamente no existen en el Universo a partir de una determinada escala. Nuestro Sol orbita el centro galáctico a una distancia de unos 28000 años luz (cuando los astrónomos observen un repentino brillo del centro de nuestra galaxia asociado a su inmenso agujero negro central engullendo algún trozo de materia estelar en realidad dicho fenómeno habrá ocurrido 28000 años antes). Otro número impresionante de nuestra galaxia es el número de estrellas que contiene: entre de 200.000 a 400.000 millones de estrellas.

Adentrándonos en el océano cósmico

Por supuesto la Vía Láctea solo es una entre centenares de miles de millones de galaxias conocidas. ¿A qué distancia se encuentran? A una distancia de entre 100.000 y 300.000 años luz de nosotros hay una docena de galaxias enanas que constituyen auténticos satélites de la Vía Lacta. La galaxia cercana más famosa es la Galaxia de Andrómeda a una respetable distancia de 2.6 millones de años luz. Está tan cerca de nosotros que se estima que la gravedad de la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda las llevan en un curso común de colisión que se producirá en unos 4000 millones de años. La Galaxia de Andrómeda es el objeto extragaláctico más distante visible a simple vista y contiene más de dos veces más estrellas que nuestra propia galaxia. Los grandes telescopios terrestres muetran la riqueza de estrellas de su interior y numerosas galaxias enanas orbitando este auténtico gigante galáctico.

M31: La galaxia de Andrómeda

M31: La galaxia de Andrómeda. Tanto la Vía Láctea como la Galaxia de Andrómeda son galaxias semejantes en estructura si bien Andrómeda contiene apróximadamente el doble de estrellas que la Vía Láctea. La distancia entre ambas galaxias es de unos 2.6 millones de años luz. La imagen superior es un mosaico digital compuesto por 20 imágenes realizadas mediante un pequeño telescopio.

Las galaxias cercanas forman el Grupo Local de galaxias (54 galaxias la mayoría de las cuales son galaxias enanas, muchas satélites de nuestra propia galaxia). El Grupo Local abarca un volumen de un tamaño de un cubo de 10 millones de años luz de lado y contiene galaxias bien conocidas por los aficionados a la astronomía como el sistema de galaxias de Andrómeda (M31 y sus diversas galaxias satélite) o la Gran y la Pequeña Nube de Magallanes (ambas visibles a simple vista desde el hemisferio Sur).

 

El Grupo local de galaxias en 3 dimensiones trazados a partir de las distancias conocidas a estos objetos.

El Grupo local de galaxias en 3 dimensiones.


 

En el interior del océano cósmico

A mayores escalas las galaxias se siguen distribuyendo en cúmulos de mayor tamaño. El Grupo Local es tan solo un corpúsculo del llamado Supercúmulo de Virgo que es una estructura con forma de un disco plano, con un diámetro de 110 millones de años luz y contiene alrededor de 100 grupos y cúmulos de galaxias como el Grupo Local. Cerca de su centro en gran grupo de galaxias (el cúmulo de Virgo) domina gravitacionalmente esta gigantesca macroestructura. Sin embargo por enorme que nos pueda parecer el Supercúmulo de Virgo es uno entre millones de superclusters que podemos encontrar en el Universo observable.

 

El supercluster de Virgo. Uno de los millones de supercúmulos en el Universo observable.

El supercluster de Virgo.


 

Las corrientes cósmicas

Si nos fijamos en la figura superior vemos que la gravedad ha esculpido la estructura del Universo acumulando la materia en cúmulos y supercúmulos de galaxias que se distribuyen en forma de filamentos dejando enormes espacios vacíos. Los cosmólogos utilizan el conocimiento que tenemos de estas estructuras para inferir aspectos claves sobre la composición del universo. Por ejemplo el tipo de supercúmulos que tenemos en nuestro Universo depende de la cantidad de materia oscura presente. Además los movimientos relativos de las galaxias también depende de las escalas espaciales que utilicemos. En escalas muy grandes todas las galaxias se alejan las unas de las otras mostrando la expansión del Universo pero muchas se acercan entre sí en escalas más pequeñas ligadas a las estructuras visibles en estos supercúmulos de galaxias. Esta física tan compleja puede sin embargo introducirse en un ordenador capaz de reproducir los aspectos físicos globales. Científicos alemanes lanzaron la “Millenium Run” capaz de reproducir aspectos como la estructura fractal del Universo.

 

Simulación del Universo

Simulando la estructura del Universo. Detalle de una simulación por ordenador de la estructura del Universo gobernada por la gravedad de galaxias y materia oscura en una región de 2000 millones de años luz. La simulación ocupa un espacio de 25 Terabytes de memoria e incluye las trayectorias de unos 20 millones de galaxias.


 

En aguas misteriosos

Cuando observamos estas gigantescas estructuras estamos viendo el Universo lejano pero cuanto más lejos observamos más nos remontamos en el pasado. Así pues surge la pregunta de si existían estas gigantescas estructuras también en esas épocas remotas poco después del comienzo del Universo. La respuesta es sí. Cuando observamos el fondo de microondas del Universo (radiación emitida poco después del Big Bang cuando el Universo tenía unos 300.000 años de edad) y no se habían formado ni las primeras estrellas ni las primeras galaxias se pueden apreciar estructuras en esta radiación que nos habla de inhomogeneidades pequeñas en el universo primitivo. En el año 2006 el astrofísico norteamericano George Smoot recibió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de estas pequeñas irregularidades que forman las semillas de las galaxias y las macroestructuras que observamos en la actualidad ya presentes en la radiación de fondo del Universo. Poéticamente el equipo descubridor de estas estructuras las llamó “arrugas en el tiempo” siendo este el título de un popular libro de George Smoot hablando de la importancia de estas pequeñas estructuras en el desarrollo del Universo y sus estructuras.
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WMAP

Imagen del fondo de microondas del Universo proyectada en coordenadas galácticas y obtenida por la sonda WMAP.


 

Enlaces externos

- Imagen de la localización de la Tierra en el Universo (23,624 × 2,953 pixeles, 17 MB)
-La mayor estructura del Universo (Eureka: Blog de Daniel Marín)
- The Millenium Simulation Project (En inglés)
 

2 pensamientos en “La estructura del Universo

  1. Pingback: Astronomy for everyone « · Dark Physicist ·

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