En 2021, la estudiante de doctorado británica Alexia Lopez hizo un descubrimiento sorprendente al analizar la luz de un cuásar distante. Descubrió un anillo de galaxias gigantes masivo y casi simétrico en la constelación de Bootes (el Boyero) a 9.300 millones de años luz de distancia. La estructura abarca 3.300 millones de años luz, que es 1/15 del radio del universo observable.
El Arco del Gigante y el Modelo Estándar de Cosmología
Si pudiéramos verlo desde la Tierra, tendría el tamaño de 35 lunas llenas repartidas por el cielo. La estructura, conocida como el Arco del Gigante, desafía algunas suposiciones básicas sobre el universo. De acuerdo con el “Modelo Estándar de Cosmología”, la teoría en la que se basa nuestra comprensión del universo, la materia debería estar distribuida más o menos uniformemente por todo el espacio.
Cuando los científicos observan el universo a escalas muy grandes, no debería haber irregularidades visibles; todo debe verse igual en todas las direcciones. Sin embargo, el arco gigante no es el único ejemplo de este tipo. Estas estructuras masivas ahora obligan a los científicos a revaluar sus teorías sobre cómo evolucionó el universo.
Cuando Lopez estaba estudiando para obtener una maestría en la Universidad de Central Lancashire en el Reino Unido, su supervisor sugirió un nuevo método para analizar la estructura a gran escala del universo. Usó cuásares, galaxias gigantes distantes que emiten mucha luz, para buscar magnesio ionizado, un signo seguro de nubes de gas alrededor de las galaxias.
Campo de visión de las galaxias gigantes
Cuando la luz pasa a través de este magnesio ionizado, se absorben ciertas frecuencias, dejando una “firma” única de luz que los astrónomos pueden detectar. “Examiné los cúmulos de galaxias conocidos y documentados y comencé a mapear cómo se verían estas regiones usando el método Magnius II“, dijo Lopez. Un cúmulo de estrellas que observé era muy pequeño, pero cuando lo mapeé con Magnius II, había esta interesante banda densa de absorción de magnesio en el campo de visión.
Así fue como finalmente lo descubrí. Fue un feliz accidente y tuve suerte de encontrarlo. Lo que Lopez encontró en su “feliz accidente” fue sorprendente. Mirando la constelación de Bootes, un grupo de 45 a 50 nubes de gas parecen estar dispuestas en un arco de 3.300 millones de años luz de diámetro, cada una asociada con al menos una galaxia gigante.
Teniendo en cuenta que el universo observable tiene 94 mil millones de años luz de diámetro, este es un tamaño bastante grande. Según el artículo de Lopez, la posibilidad de que una estructura tan grande aparezca por casualidad es extremadamente pequeña (solo una probabilidad del 0,0003 %). Esto sugiere que puede haberse formado debido a algo en la física natural del universo que actualmente ignoramos.
Estrellas y galaxias gigantes formadas por los cúmulos
Sus resultados desafían directamente un aspecto clave del Modelo Cosmológico Estándar: nuestra mejor explicación de cómo comenzó y evolucionó el universo. Este aspecto, conocido como el principio cosmológico, establece que el universo a gran escala debería verse prácticamente igual en todas partes, sin importar dónde se encuentre o en qué dirección mire.
No debe haber grandes estructuras, pero la habitación debe ser suave y homogénea. Esto es conveniente porque permite a los científicos sacar conclusiones sobre todo el universo basándose únicamente en lo que vemos desde donde estamos. Sin embargo, también tiene sentido porque después del Big Bang, el universo se expandió hacia afuera, expulsando simultáneamente materia en todas direcciones.
De acuerdo con el modelo estándar, las estructuras como Gateway Arch simplemente no tuvieron tiempo de formarse. El pensamiento actual sobre cómo se forma la estructura del universo es un proceso llamado inestabilidad gravitacional, dijo Subir Sarkar, profesor de física teórica en la Universidad de Oxford. Alrededor de un millón de años después del Big Bang, a medida que el universo se expandía, ligeras fluctuaciones en la densidad hicieron que la materia se mantuviera unida. Durante miles de millones de años de gravedad, estos cúmulos finalmente formaron estrellas y galaxias.
Supercúmulo de Laniakea
Sin embargo, este proceso tiene un límite de volumen. Cualquier cosa más grande que 1.200 millones de años luz no tiene tiempo suficiente para formarse. Para formar una estructura, necesitas que las partículas estén juntas para que pueda ocurrir el colapso gravitacional, dijo Sarkar. Estas partículas tienen que viajar fuera de la estructura para llegar allí.
Entonces, si su estructura tiene 500 millones de años luz de diámetro, la luz tarda 500 millones de años en viajar de un extremo al otro. Pero estamos hablando de partículas que viajan mucho más lento que la luz, por lo que las estructuras de este tamaño habrían tardado miles de millones de años en formarse, y el universo solo ha existido durante un tiempo.
La pared tiene unos 500 millones de años luz de largo, 300 millones de años luz de ancho y 15 millones de años luz de espesor. Aún más grande es el Sloan Wall, una estructura cósmica de enormes paredes galácticas descubierta en 2003 por J Richard Gott III, Mario Juric y sus colegas de la Universidad de Princeton.
La longitud de este muro es de casi 1.500 millones de años luz. En la última década, la tasa de descubrimiento de estas estrellas y galaxias gigantes se ha acelerado aún más. En 2014, los científicos descubrieron el supercúmulo de Laniakea, un cúmulo de galaxias que incluye nuestra propia Vía Láctea.
La gran muralla BOSS
Lanaikea abarca 520 millones de años luz y contiene alrededor de 100.000 billones de soles. Luego, en el año 2016, se descubrió la Gran Muralla de BOSS, se trata de complejo de galaxias gigantes y pequeñas de más de 1000 millones de años luz de diámetro. BOSS consta de 830 galaxias individuales que son atraídas gravitacionalmente en cuatro supercúmulos.
Las galaxias se encuentran conectadas por largos filamentos de gas caliente. El Muro del Polo Sur, que se extiende 1.400 millones de años luz, también entró en la lista en el año 2020. Sin embargo, el actual poseedor del récord de la mayor de estas estructuras es la Gran Muralla China en Hércules-Corona Boralis.
Fue descubierto en 2013 y abarca 10 mil millones de años luz, más de una décima parte del tamaño del universo visible. Lo calculamos y luego nos dimos cuenta, ‘Oh, vaya, esto es lo más grande del universo‘, dijo Jon Hakkila, profesor de física y astronomía en la Universidad de Alabama en Huntsville. Sus preocupaciones son válidas. Tanto Hakkila como Lopez realizaron una serie de pruebas estadísticas en un intento de demostrar que los resultados no podían deberse al azar.
Para círculos grandes, los resultados son 99.9997 por ciento confiables. En la investigación científica, el estándar de oro para la significación estadística se denomina 5 sigma, que corresponde a aproximadamente uno de cada 3,5 millones de resultados obtenidos por casualidad.
La importancia del arco alcanza 4,5 sigma, por lo que aún es posible que la estructura sea una disposición aleatoria de estrellas. Nuestros ojos son bastante buenos para ver patrones. Es posible que veas las iniciales en una nube, pero eso no es realmente una estructura, tu cerebro está estructurando lo que en realidad es aleatorio, explicó Sarkar.
Separados por la expansión del universo
Pero no creo que ese sea el caso aquí, y creo que es una verdadera cadena física de supercúmulos. Si se descubren más estructuras como el Arco y Hércules-Corona Borealis, los astrónomos se verán obligados a reescribir, o al menos revisar, el Modelo Estándar de Cosmología.
No es la primera vez que el modelo ha tenido que ser ajustado. En el año 1933, el científico de Caltech Fritz Zwicky midió la masa de un cúmulo de galaxias y halló que el número era menor de lo que esperaba. De hecho, la masa es tan pequeña que las galaxias deberían alejarse y escapar de la gravedad del cúmulo.
Así que algo más debe contener el cúmulo de galaxias. Este “algo” es materia oscura, una sustancia misteriosa que se cree que constituye el 27 por ciento del universo. Luego, en 1998, el modelo se ajustó aún más para incluir la energía oscura después de que dos equipos separados de astrónomos midieran la expansión del universo y descubrieran que se estaba acelerando. De cualquier modo, deberíamos saberlo con plena seguridad en los próximos años.
El Legacy Survey of Space Time (LSST) es un estudio planificado de 10 años del cielo del hemisferio sur que podría proporcionar a los astrónomos una visión sin precedentes del universo. Se necesita mucho esfuerzo para lograr un cambio de paradigma, especialmente cuando las personas invierten sus vidas y carreras en ello, pero al final del día, tenemos que demostrar quién tiene razón con la ciencia, dijo Sarkar.
