Nuestro lugar en el cosmos
La Vía Láctea ha resultado ser parte de Laniakea, una descomunal agrupación de galaxias que conforma una de las mayores estructuras conocidas del universo. El hallazgo marca el comienzo de un nuevo intento de cartografiar el cosmos.
Las corrientes de galaxias que fluyen a través del cosmos
han revelado la existencia de Laniakea, una gigantesca estructura
que contiene a la Vía Láctea y a otras 100.000 grandes galaxias.
En síntesis
Al igual que las estrellas se agrupan en cúmulos estelares y en galaxias, las galaxias mismas se aglomeran en cúmulos galácticos, y estos, en supercúmulos.
Los supercúmulos de galaxias son los componentes básicos de los grandes filamentos, láminas y vacíos cósmicos que constituyen las mayores estructuras del universo.
Varios cartografiados recientes del movimiento de galaxias cercanas han revelado que el supercúmulo en el que reside la Vía Láctea es parte de una estructura mucho mayor.
Dicha superestructura ha sido bautizada como Laniakea. Su estudio ayudará a entender mejor la evolución de las galaxias, así como la materia y la energía oscuras.
Imagine que, tras llegar a una galaxia muy lejana, desea enviar una postal a sus seres queridos. En la dirección podría comenzar indicando su calle y número de casa, su ciudad, el lugar de la Tierra en que esta se encuentra y que el planeta es el tercero del sistema solar. A partir de ahí, podría detallar la ubicación del Sol en el brazo de Orión, un segmento de un brazo espiral en las afueras de la Vía Láctea, y después la ubicación de la Vía Láctea en el Grupo Local, un conjunto de más de 50 galaxias que abarcan unos 7 millones de años luz. El Grupo Local se halla a su vez en la periferia del cúmulo de Virgo, una agrupación de más de mil galaxias cuyo centro se halla a 50 millones de años luz y que constituye una pequeña parte del Supercúmulo Local, una colección de cientos de grupos de galaxias esparcidos en más de 100 millones de años luz. Se cree que estos supercúmulos son los componentes principales de las mayores estructuras del universo, las cuales forman grandes filamentos y láminas de galaxias, situados en torno a inmensos vacíos cósmicos en los que las galaxias apenas existen.
Hasta hace poco, el Supercúmulo Local habría marcado el final de nuestra dirección cósmica. Se pensaba que, más allá, las indicaciones dejarían de tener sentido, pues los bordes entre esas gigantescas estructuras galácticas y los vacíos cósmicos darían paso a un universo homogéneo, sin rasgos distintivos a escalas mayores.
En 2014, sin embargo, un equipo liderado por uno de nosotros (Tully) descubrió que formamos parte de una estructura tan inmensa que hizo añicos esta idea. En realidad, el Supercúmulo Local no es más que un lóbulo de una estructura mucho mayor: una colección de unas 100.000 grandes galaxias que se extiende unos 400 millones de años luz. El equipo que la descubrió la bautizó como Laniakea, «cielo inconmensurable» en hawaiano, en honor de los antiguos polinesios que surcaron el Pacífico usando las estrellas como guía. La Vía Láctea se encuentra muy lejos del centro de Laniakea, en una de sus zonas más exteriores.
Laniakea es algo más que otra línea que añadir a nuestra dirección cósmica. El estudio de su arquitectura y de su dinámica nos permitirá aprender más sobre el pasado y el futuro del universo. Un mapa que refleje sus galaxias constituyentes y que indique cómo se comportan puede ayudarnos a entender mejor cómo nacen y crecen las galaxias. Y también darnos más información sobre la naturaleza de la materia oscura, la sustancia invisible que, según se cree, da cuenta de cerca del 80 por ciento de la masa del universo.
Laniakea también podría ayudar a desmitificar la energía oscura, una poderosa fuerza descubierta en 1998 y que, de algún modo, parece estar provocando que el universo se expanda cada vez más rápido, lo que sellará el destino final del cosmos [véase «El rompecabezas de la energía oscura», por Adam G. Riess y Mario Livio; Investigación y Ciencia, mayo de 2016]. Y tal vez Laniakea no sea la última línea de nuestra dirección cósmica: podría ser parte de una estructura mayor aún por descubrir.
Flujos galácticos
El equipo que descubrió Laniakea no se había propuesto encontrarla. Antes bien, el hallazgo fue fruto de un intento por responder a algunas preguntas fundamentales sobre la naturaleza del universo.
Hace casi un siglo que sabemos que el cosmos se está expandiendo: las galaxias se alejan unas de otras como si fueran puntos en la superficie de un globo que se hincha. Sin embargo, en los últimos decenios ha quedado claro que la mayoría de las galaxias no se apartan tan rápido como cabría esperar si la expansión cósmica fuera lo único que actúa sobre ellas. En su movimiento interviene también otro efecto: el tirón gravitatorio que ejerce la materia cercana, el cual puede compensar el desplazamiento de una galaxia inducido por la expansión del universo. La parte de la velocidad de una galaxia debida a su entorno local (es decir, la componente que no se explica por la expansión cósmica) recibe el nombre de «velocidad peculiar».
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¿A dónde va nuestra galaxia?
El Gran Atractor
Nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene entre 200 y 400 mil millones de estrellas. Andrómeda es el objeto más lejano que se puede ver a simple vista desde la Tierra: contiene aproximadamente 1 billón de estrellas. Lo particular es que estas dos galaxias se mueven hacia un centro de gravedad común. Ambas están en curso de colisión, aproximándose a 396 mil km/h y se fusionarán en unos 4 mil millones de años.
El punto hacia el cual se están moviendo estos dos enormes objetos es el centro de gravedad que comparte nuestro grupo de galaxias. Este grupo se encuentra concentrado en un radio de unos 3 millones de años luz y está integrado por más de 40 galaxias. El nombre propio de esta estructura es Grupo Local y también se está moviendo a gran velocidad.
¿Cuál es el motor que hace posible que estas moles se muevan por el espacio?
La responsable es la gravedad. A medida que la concentración de materia aumenta, el tirón gravitatorio es más fuerte. Esta relación establece algo parecido a un sistema jerárquico de estructuras: la Luna gira en torno a la Tierra, el sistema Tierra/Luna gira alrededor del Sol y nuestra estrella realiza una vuelta completa alrededor del centro de la Vía Láctea cada 250 millones de años, moviéndose a una velocidad de 720 mil km/h.
En los miles de millones de años que transcurrieron desde el Big Bang la materia se ha ido condensando en grupos. Por efecto de la gravedad estos grupos se unieron a otros grupos y terminaron formando estructuras gigantescas.
El Fondo Cósmico de Microondas
Hagamos un alto en este punto y veamos como sabemos que la Vía Láctea se mueve o, mejor dicho, como los astrónomos determinaron la dirección y la velocidad a la que se mueve nuestra galaxia, siendo que vivimos dentro de esta estructura tan grande y no somos consientes de dicho desplazamiento. La respuesta está en el Fondo Cósmico de Microondas o CMB por sus siglas en inglés.
Se puede decir que el CMB es una débil señal electromagnética que llena todo el universo y que llega a nosotros desde todas partes. Es una de las evidencias más fuertes a favor de la teoría del Big Bang. Esta radiación es muy homogénea, pero contiene pequeñas diferencias de temperatura en el orden de la millonésima de grado, lo cual indica que nuestro universo no era perfectamente uniforme al momento de emitirse la señal de la cual estamos hablando.
Estudiando el CMB con finos instrumentos de medición los científicos encontraron que la radiación electromagnética que procedía de una mitad del cielo era ligeramente más caliente que el de la otra mitad. Este fenómeno se puede comparar al familiar sonido de una ambulancia, el cual se hace más agudo cuando el vehículo se está acercando —las ondas sonoras se comprimen en la dirección del avance— y se hace grave a medida que se aleja. Llamamos a este comportamiento de las ondas sonoras efecto doppler.
Lo mismo ocurre con las ondas electromagnéticas. En el caso del CMB la razón por la cual estas ondas están más comprimidas en un sector del cielo y en el otro se hayan alargado es lo que dio origen a la casi indetectable diferencia de temperatura entre una mitad del cielo y la otra. El efecto doppler estaba indicando que nos estábamos moviendo.
Este movimiento era particular. Los científicos sabían que la Tierra se mueve alrededor del Sol a 30 km/s y que el Sol orbita el agujero negro del centro galáctico a una velocidad de 200 km/s, pero la medición del movimiento obtenida a partir del análisis del CMB indicaba una velocidad de 600 km/s. Por lo tanto este movimiento, dirección y velocidad debería ser el de la Vía Láctea.
El experimento de Smoot y los U-2
Hagamos un poco de historia. ¿Cuándo y cómo nos dimos cuenta de que toda la galaxia se estaba moviendo a esa enorme velocidad?
La respuesta la tenemos en un complejo experimento de medición iniciado en 1976. Este experimento usaba un dispositivo llamado radiómetro diferencial de microonda (DMR por sus siglas en inglés), instrumento que fue montado sobre aviones (los famosos aviones espía U-2 o Dragon Lady como los llamaban los pilotos). Se usó este tipo de avión por su capacidad para volar a grandes alturas y evitar de esta forma que el DMR tome lecturas erróneas provenientes de señales terrestres o de la atmósfera.
Hay que tener en cuenta que las ondas electromagnéticas del CMB son muy débiles y se solapan con todo tipo de emisiones naturales o producidas por nuestros aparatos. Así que el experimento debía estar muy bien diseñado para poder hacer una medición coherente con los valores de la temperatura del CMB, valores muy cercanos al cero absoluto.
Los responsables de dicho experimento y de las mediciones fueron George Smoot y su equipo de trabajo del Laboratorio Lawrence de la Universidad de Berkeley.
Como dato anecdótico, las mediciones de CMB no solo se hicieron con vuelos de los U-2 sobre territorio norteamericano. Para verificar las mediciones fue necesario que las observaciones se hicieran también en el hemisferio sur. El país elegido para realizar los vuelos de los U-2 en América del Sur fue Perú, quien ofreció el aeropuerto Jorge Chávez como base de operaciones de los aviones. Así que gracias a un país sudamericano las mediciones de Smoot fueron confirmadas plenamente.
En aquel entonces los astrónomos pensaban que el universo era extremadamente homogéneo en cuanto a la distribución de la materia. El hecho de que la Vía Láctea se desplazara a una velocidad de 600 km/s implicaba que algo tremendamente más masivo que nuestra galaxia estaba jalando de ella.
Peor aún, nada de ese tamaño había sido observado en la dirección hacia la cual nos estábamos moviendo. Por lo tanto, en los años 70 dicho descubrimiento causó más dudas que asombro, pero los valores medidos por los DMR montados sobre los aviones U-2 resultaron ser correctos.
Las estructuras galácticas
Para los astrónomos siempre ha sido muy importante la manera en que se distribuye la materia. Las estructuras cósmicas nos pueden decir mucho sobre las condiciones iniciales de nuestro universo.
Existen varios catálogos de galaxias, los cuales han ido mejorando a medida que nuestros instrumentos pudieron realizar mediciones más finas. Los catálogos muestran que la distribución de la materia no es homogénea; las galaxias tienden a agruparse. Cuando el conjunto tiene menos de 100 miembros reciben el nombre de grupo y cuando superan dicha cifra se denomina cúmulo.
El Grupo Local pertenece a una estructura mayor llamada Cúmulo de Virgo, que contiene unas 1.300 galaxias y se encuentra a una distancia aproximada de 50 millones de años luz de la Tierra. El Cúmulo de Virgo a su vez es parte de una estructura mayor denominada en algunos casos como Supercúmulo Local o Supercúmulo de Virgo.
Hasta aquí ya sabemos lo que causa el movimiento de estos cuerpos. Sabemos también que hay cierta jerarquía; los objetos menos masivos se mueven en dirección a objetos más masivos o hacia un centro común de una estructura mayor.
Antes de 2014 los astrónomos pensaban que el Cúmulo de Virgo formaba parte del Supercúmulo de Virgo, una colección de alrededor de 100 grupos o cúmulos de galaxias extendidas a lo largo de 107 millones de años luz, pero determinar los límites entre un supercúmulo y otro no estaba muy claro, ni tampoco estaba clara la definición de supercúmulo.
El Hipercúmulo Laniakea
En el universo observable estas grandes estructuras se extienden por el espacio tiempo como filamentos que bordean enormes huecos donde no se han detectado galaxias. R. Brent Tully, astrónomo de la Universidad de Hawái y tal vez la persona que mejor conoce el Grupo Local, publicó junto con sus colegas en septiembre de 2014 en la prestigiosa revista Nature un artículo que muestra cómo el Supercúmulo Local (Virgo) no es más que un apéndice de un objeto tremendamente mayor al cual bautizaron Supercúmulo Laniakea o Hipercúmulo Laniakea.
Dicha estructura contiene 100 mil galaxias a lo largo de unos 500 millones de años luz. La masa total de Laniakea equivalente a 1017 estrellas como el Sol. Los astrónomos estiman que podría haber 6 millones de supercúmulos como Laniakea en el universo.
Laniakea: Nuestro supercúmulo natal
El estudio realizado por el equipo de Tully tomó en cuenta los movimientos de unas 8 mil galaxias del catálogo llamado Cosmicflows-2. El análisis de los datos también revelaba otras estructuras, incluido un supercúmulo separado llamado Perseo-Piscis y una concentración de materia aun mayor y mucho más distante llamada Concentración de Shapley, la cual se encuentra a unos 650 millones de años luz de distancia.
El Gran Atractor
Desde el descubrimiento de Smoot y su equipo en los años 70 se sabía que la Vía Láctea se estaba moviendo en cierta dirección. El problema era que en esa dirección del cielo se encontraba el plano de nuestra propia galaxia y su núcleo, por lo tanto las observaciones con telescopios en el rango de la luz visible eran inútiles.
El polvo y la luz de miles de estrellas que pueblan esa región, llamada Zona de Vacío, impedían ver qué había detrás de nuestra galaxia. Con el paso del tiempo se diseñaron instrumentos capaces de observar esa zona en rayos x y en infrarrojo cercano, frecuencias para las que el polvo interestelar no es problema.
Actualmente sabemos que no solo la Vía Láctea experimenta un tirón, nuestro Grupo Local también es jalado por algo. Un estudio realizado en 1986 por un grupo de astrónomos liderado por Alan Dressler y autodenominado “Los siete samuráis” encontró que la “corriente” que arrastra a este enorme grupo de galaxias se debía a lo que ellos bautizaron como el Gran Atractor.
Teniendo en cuenta los datos referentes a la forma en la cual se mueven las galaxias de nuestro cúmulo y de cúmulos vecinos, se puede determinar que el Gran Atractor está en dirección a la constelación de Centauro, aproximadamente a una distancia entre 150 y 250 millones de años luz. Teóricamente, para que nosotros y nuestros vecinos galácticos estemos bajo la influencia gravitatoria del Gran Atractor, dicho objeto debe concentrar una masa de de 10 mil galaxias como la Vía Láctea.
Poniendo límites a los supercúmulos
Volviendo nuevamente a la publicación de R. Brent Tully de 2014, lo que hicieron los astrónomos fue reunir información sobre el movimiento de más de 8 mil galaxias, ubicaron en el espacio su posición y la forma en la cual se mueven, y construyeron mapas en 3D con los flujos de los objetos que se acercan y se alejan de nosotros.
Estos flujos se pueden comparar con las corrientes de agua que se mueven en un sentido o en otro dependiendo de la inclinación del terreno. Estudiando los flujos, estos científicos pudieron determinar que todos somos parte de Laniakea, que en hawaiano significa cielos inconmensurables.
Usando los mapa de los flujos estos científicos también definieron una forma de establecer los limites físicos de un supercúmulo (algo en lo cual los astrónomos aun no estaban de acuerdo). El equipo de Tully dice que se puede determinar el punto en el cual una galaxia fluye para un lado o para el otro debido al tirón gravitacional, así que la gravedad es la que nos dice donde inicia y donde termina un supercúmulo. La investigación muestra que aquello anteriormente llamado Supercúmulo de Virgo no es más que un suburbio en los extremos de Laniakea. La Vía Láctea está en los bordes exteriores de dicho suburbio.
El punto negro indica la posición de la Vía Láctea en el vecindario galáctico. (CEA/Saclay)
Ahora tenemos un panorama más completo de nuestro vecindario. La Vía Láctea, junto al Grupo Local y otros grupos, se mueven hacia el Cúmulo de Virgo. Este cúmulo se dirige hacia un apéndice de Laniakea que anteriormente llamábamos Supercúmulo de Virgo. A su vez esta estructura y otras se mueven en dirección al Cúmulo de Norma. El centro de esta estructura es lo que llamamos el Gran Atractor, el lugar hacia el cual se dirige todo el vecindario galáctico.
En principio el Gran Atractor no es un objeto sino un lugar, el sitio donde se concentra la atracción gravitatoria de todo el Supercúmulo de Laniakea.
Sorpresas en barrio galáctico
Aun hay mucho que investigar sobre las estructuras de nuestro universo visible, la historia no finaliza con Laniakea. El tirón gravitatorio experimentado por la Vía Láctea no se puede explicar suficientemente por la masa del supercúmulo al cual pertenecemos.
Recordemos que nos estamos dirigiendo hacia el Gran Atractor, 150 millones de años luz por delante de nosotros. Un poco más lejos a 600 millones de años luz de la Vía Láctea hay un objeto mayor aun, la Concentración de Shapley, que tampoco es suficiente para explicar el tirón.
Nature Astronomy publicó en 2017 un artículo que sugiere que la enorme velocidad de nuestra galaxia se podría explicar por la presencia de un vacío cósmico de unos 600 millones de años luz, el cual estaría detrás de nuestra galaxia y tendría un efecto repulsivo. Dicho efecto nos estaría empujando, sumando su fuerza a la atracción gravitatoria del Gran Atractor.
Finalmente, si alguno pensó que el Gran Atractor podría devorarnos en algún momento del futuro lejano, puede respirar tranquilo. Está tan lejos y tardaríamos tanto en llegar ahí que para ese entonces la energía oscura se encargaría de dispersar la materia del Supercúmulo Laniakea. Los cúmulos y los grupos se mantendrían unidos gravitacionalmente, pero estructuras más grandes sucumbirán ante la aceleración de la inflación cósmica producida por la energía oscura.
Gracias a estas enormes estructuras que ahora somos capaces de reconocer y estudiar, tomamos conciencia de que la Vía Láctea, comparativamente en tamaño, es menor que una mota de polvo que se pierde en la inmensidad del cosmos. La hipotética Nube de Oort, el limite físico de nuestro sistema solar, un capullo de escombros helados con un radio de un año luz que envuelve a nuestra estrella, no ocupa ningún lugar preponderante y a estas escalas su volumen es insignificante.
Aun así, al día de hoy podemos afirmar —aunque suene un tanto ostentoso y sin ninguna evidencia en contra— que en la práctica somos los únicos ciudadanos de Laniakea.
Larga vida y prosperidad, laniakeanos.
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