¿Hay un patrón para el universo?

Los astrónomos están obteniendo algunas respuestas a una pregunta milenaria.

Cúmulos de galaxias en la «red cósmica». (Crédito de la imagen: K. Dolag, Universitäts-Sternwarte München, Ludwig-Maximilians-Universität München, Alemania)

Durante décadas, los cosmólogos se han preguntado si la estructura a gran escala del universo es un fractal, es decir, si se ve igual sin importar cuán grande sea la escala. Después de completar encuestas masivas de galaxias, los científicos finalmente tienen una respuesta: No, pero más o menos, en cierto modo.

A principios del siglo XX, los astrónomos — comenzando con Edwin Hubble y su descubrimiento de la enorme distancia a Andrómeda, la galaxia más cercana a nuestra propia Vía Láctea — comenzaron a darse cuenta de que el universo es casi inimaginablemente vasto. También aprendieron que podemos ver galaxias esparcidas, tanto cerca como lejos. Y así, naturalmente, surgió una pregunta: ¿Hay algún tipo de patrón para la disposición de esas galaxias, o es totalmente aleatorio?

Al principio, parecía aleatorio. Los astrónomos vieron cúmulos de galaxiasgigantes, cada uno con mil o más galaxias. Y también había grupos mucho más pequeños de galaxias, y galaxias colgando solas. En conjunto, las observaciones hicieron que pareciera que no había un patrón general para el cosmos.

Y los astrónomos estaban bien con eso. Durante mucho tiempo habían asumido una idea llamada principio cosmológico, es decir, que el universo es en su mayoría homogéneo (más o menos lo mismo de un lugar a otro) e isotrópicos (más o menos lo mismo sin importar la dirección que mires). Un montón de galaxias y cúmulos aleatorios encajan directamente en ese principio.

Pero a finales de la década de 1970, las encuestas de galaxias se volvieron lo suficientemente sofisticadas como para revelar los comienzos de un patrón en la disposición de galaxias. Además de los racimos, también había filamentos largos y delgados de galaxias. Había paredes anchas. Y luego estaban los vacíos, vastas extensiones de nada. Los astrónomos lo llamaban la red cósmica. Este patrón violaría el principio cosmológico, porque significaría que grandes regiones del universo no se parecían a otras grandes regiones del universo.

Un universo dentro de un universo

Una propuesta provino del matemático Benoit Mandelbrot,el padre de los fractales. Los fractales son frustrantemente difíciles de definir, pero pueden ser lo suficientemente simples como para intuir: Son patrones que se repiten sin importar cuán lejos entres o te deslices. Mandelbrot no inventó el concepto de fractales -los matemáticos habían estado estudiando patrones auto-similares durante siglos-, pero acuñó la palabra «fractal» y marcó el comienzo de nuestro estudio moderno del concepto.

Los fractales están por todas partes. Si acercas el punto de un copo de nieve, verás copos de nieve en miniatura. Si acerca las ramas de un árbol, verá ramas en miniatura. Si se acerca a una costa, se ven costas en miniatura. Los fractales nos rodean en la naturaleza, y las matemáticas de los fractales nos han permitido entender una gran variedad de estructuras auto-similares en el universo.

Si los fractales están en todas partes, adivinó Mandelbrot, entonces tal vez todo el universo es un fractal. Tal vez lo que vimos como el patrón en la disposición de las galaxias fueron los pasos iniciales del mayor fractal posible. Tal vez si construimos encuestas lo suficientemente sofisticadas, encontraríamos estructuras de anidación: telarañas cósmicas dentro de telarañas cósmicas, llenando todo el universo hasta el infinito.

Homogeneizado y pasteurizado

A medida que los astrónomos descubrieron más sobre la red cósmica, aprendieron más sobre la historia del Big Bang,y se les ocurrieron maneras de explicar la existencia de los patrones a gran escala en el universo. Esas teorías predijeron que el universo seguía siendo homogéneo, sólo en escalas mucho, mucho más grandes de lo que los astrónomos habían observado anteriormente.

La prueba final de un universo fractal no llegaría hasta este siglo, cuando encuestas verdaderamente gigantescas, como el Sloan Digital Sky Survey, han sido capaces de mapear las ubicaciones de millones de galaxias, pintando un retrato de la red cósmica en escalas nunca antes observadas.

Si la idea del universo fractal es cierta, entonces deberíamos ver nuestra red cósmica local incrustada dentro de una red cósmica mucho más grande. Si está mal, entonces en algún momento, la red cósmica debería dejar de ser una red cósmica, y un trozo aleatorio y lo suficientemente grande del universo debería verse (estadísticamente) como cualquier otro trozo aleatorio.
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El resultado es homogeneidad, pero a una escala alucinante. Tienes que subir a unos 300 millones de años luz antes de que el universo parezca homogéneo.

El universo definitivamente no es un fractal, pero partes de la red cósmica todavía tienen propiedades fractales interesantes. Por ejemplo, grupos de materia oscura llamados «halos», que albergan galaxias y sus cúmulos, forman estructuras anidadas y subestructuras, con halos que sostienen sub-halos y sub-halos dentro de ellos.

Por el contrario, los vacíos de nuestro universo no están del todo vacíos. Contienen algunas galaxias enanas débiles, y esas pocas galaxias están dispuestas en una versión sutil y débil de la red cósmica. En las simulaciones por computadora, los sub-vacíos dentro de esa estructura también contienen sus propias telarañas cósmicas efervescentes.

http://www.periodicoelnuevomundo.com/2021/05/hay-un-patron-para-el-universo.html

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