NeoFronteras

Vacío colosal de 1000 millones de años luz

Área: Espacio — viernes, 31 de agosto de 2007

Foto
Región anómalamente fría en el mapa obtenido por WMAP (izquierda). Las zonas más frías de este mapa en falso color se representan en azul. Y mapa obtenido por Rudnick de la misma zona del cielo con el VLA (derecha). En este caso (también en falso color) los colores representan la intensidad de las radiondas recibidas. Foto: Rudnick et al., NRAO, AUI, NSF, NASA.

Unos radioastrónomos encuentran en el Universo una región carente de materia de 1000 millones de años luz de envergadura. Este vacío de materia (tanto normal como oscura) es el mayor conocido y desafía las teorías de formación de estructuras a gran escala del Universo.
Las galaxias no se distribuyen al azar por el Universo y tampoco se distribuyen ordenadamente. Se distribuyen de una manera especial y característica. Aunque no hay que llevar la metáfora muy lejos, las galaxias se distribuyen como lo haría el agua jabonosa en la espuma. Habría vacíos de materia (los “huecos de las burbujas”) y alrededor de estos las galaxias formarían filamentos y superficies. Por tanto la espuma de su jarra de cerveza sería un modelo aproximado de universo.
Los modelos cosmológicos deben de predecir esta estructura a gran escala. Si creemos que tenemos una receta adecuada (una teoría) podemos expresar la física en forma de ecuaciones y resolverla para muchos millones de partículas. Esto se hace en computadoras muy potentes.
En los modelos se tiene en cuenta sobre todo la materia oscura (más abundante que la ordinaria), alrededor de la cual se agrega la materia normal que forman las galaxias que vemos. Un mapa tridimensional del Universo en donde ubicamos las galaxias visibles, y obtenido a través de laboriosas observaciones con telescopios, nos permite apreciar esta estructura a gran escala y comparar con los resultados de los modelos. Hay pocos mapas de esta clase, son muy laboriosos y de momento nos tenemos que conformar con unas cuantas regiones o “rodajas” del Universo. Hasta ahora los modelos describían la estructura a gran escala de Universo de manera más o menos aceptable.
Lawrence Rudnick y sus colaboradores de la Universidad de Minnesota han elaborado un mapa de una pequeña región del cielo usando radiotelescopios encontrándose con una sorpresa: un gigantesco vacío. Lo malo es que los modelos actuales no predicen (de momento) vacíos de 1000 millones de años luz en el Universo como éste.
Durante el Big Bang el Universo no era perfectamente homogéneo, porque si lo hubiese sido el Universo actual sería una cosa muy aburrida de átomos equidistantes. Se cree que muy al comienzo había fluctuaciones en la temperatura del Universo muy pequeñas, que la inflación acrecentó y uniformizó. Como había regiones más frías y más calidad la materia se agregó preferentemente más en unas regiones que en otras.
Mirando muy lejos se puede observar cómo era el Universo en el pasado. Mirando las ondas electromagnéticas al borde observacional del Universo visible vemos cómo era el Universo en el momento de la recombinación (cuando se hizo transparente, unos 400.000 años después del Big Bang), aunque debido a la expansión cósmica las longitudes de onda se hayan alargado hasta la gama de las microondas. Es lo que se denomina el fondo cósmico de microondas.
Observando este fondo cósmico de microondas con el WMAP se ha podido cartografiar cómo eran esas fluctuaciones de temperatura en esa época.
Pero en el mapa del WMAP hay una región más fría de lo esperado cerca de la constelación de Eridanus (al suroeste de Orión) sobre la cual los expertos no encontraban explicación.
Rudnick se encontró con el vacío “de casualidad”, estaba realizando una campaña de observación con el sistema de radiotelescopios Very Large Array (VLA) de Nuevo México cuando una mañana se le ocurrió mirar a la región del cielo donde el mapa del WMAP muestra esa región inusualmente fría.
Entonces empezaron a explorar esa región en busca de fuentes de ondas de radio. No encontraron señal significativa en un diámetro de 1000 millones de años luz.
Las fuentes de radio sirven, entre otras cosas, para medir la distribución de masa en el Universo. La ausencia total de radiofuentes significa que no hay galaxias ni cúmulos de galaxias en ese volumen, y teniendo en cuenta el mapa del WMAP probablemente carece también de materia oscura. Este grupo propone que en esa región no hay materia, ni ordinaria ni oscura, sólo un vacío gigantesco.
Este vacío (¿o hueco?) se encuentra a unos 6000 ó 10000 millones de años de distancia de nosotros y es considerablemente más grande que ningún vacío que se haya encontrado antes, es miles de veces en volumen más grande que cualquier otro. Ocupa una región del cielo de 3 grados, es decir, casi cuarenta veces el área relativa cubierta por el disco lunar. Los sistemas de telescopios ópticos no lo han encontrado porque no suelen estudiar regiones tan extensas. El descubrimiento se ha publicado en la revista Astrophysical Journal.
Según este investigador el vacío es una confirmación de la energía oscura. Los fotones del fondo cósmico no viajan inalterados por el espacio. Cuando un fotón procedente del fondo cósmico de microondas (o de otro tipo), pasa a través de un pozo gravitacional creado por un cúmulo de galaxias gana primero energía al caer en él y luego la pierde al salir.
Si la expansión del Universo está acelerándose debido a la energía oscura, entonces cuando el fotón sale del pozo el cúmulo se ha expandido y su campo gravitatorio es menos intenso, por lo que los fotones salen más fácilmente y con más energía que la que tenían antes de caer.
Pero los fotones que pasan a través de los vacíos pierden energía, sus longitudes de onda se alargan y los fotones se “enfrían”. Por esta razón la región inusual del WMAP aparece más fría, porque que en esa zona, justo entre el fondo de radiación y nosotros, hay una vacío.
Según Rudnick este vacío está claramente relacionado con la región fría del mapa del WMAP y la existencia de la energía oscura.
Según algunos cosmólogos la existencia de este vacío pone en entredicho los modelos cosmológicos, ya que sería un reflejo de lo que ocurrió en el Big Bang. Según la teoría de la inflación el Universo se expandió a un ritmo colosal (exponencial) una fracción de segundo después del Big Bang. Esta expansión estabilizaría las fluctuaciones que hubiese en el momento de tal modo que todas tendrían más o menos el mismo tamaño. Como las estructuras a gran escala se formaron a partir de ellas, las estructuras del Universo, es decir cúmulos de galaxias y vacíos, tendrían más o menos el mismo tamaño.
Rudnick opina que el vacío encontrado quizás pudo haberse formado después y no ser un reflejo exacto de las condiciones iniciales.
En las simulaciones hechas con los modelos cosmológicos nunca no se han creado vacíos tan grandes, quizás porque se necesitan modelizar volúmenes más grandes que las actuales computadoras no pueden, de momento, afrontar.
Los escépticos dicen que todavía es prematuro como para afirmar que este vacío esté completamente vacío y que se necesitan más observaciones para confirmarlo.
De todos modos si al final el resultado se confirma y estos investigadores se hacen famosos, resultará curioso serlo por descubrir la nada más grande todas.

Fuentes y referencias:
Noticia de University of Minnesota.
Artículo de University of Minnesota.
Nota de prensa de University of Minnesota.
Material gráfico.
Sobre la estructura a gran escala del Universo.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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5 Comentarios

  1. alex:

    “Mirando las ondas electromagnéticas al borde observacional del Universo visible vemos cómo era el Universo en el momento de la recombinación (cuando se hizo transparente hace unos 400.000 años), aunque…”

    La recombinación será aprox. 400.000 años después del Big Bang, digo yo xD. Fantástica página.

  2. NeoFronteras:

    Obviamente se trataba de un error (¿tipográfico?). Un poco más y nos convertimos en creacionistas. Ya está corregido.
    Gracias.

  3. lluís:

    ¿A qué es debido que los fotones que atraviesan los vacíos pierdan energía? ¿Qué es lo que produce la pérdida de energía si el vacío está vacío?

  4. NeoFronteras:

    Ese vacío es una región del espacio, y por tanto se expande como cualquier otra, esto produce un corrimiento al rojo de los fotones que los cruzan, sus longitudes de onda se alargan y por tanto pierden energía.

  5. lluís:

    Claro, es verdad; no había caído en la cuenta de que ese vacío es una región del espacio y que cómo tal se expande.
    Gracias por su respuesta.

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