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La Estructura de Gran Escala del Universo

Por Victor De la Luz

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Los filósofos del siglo XVIII supusieron que si la Luna giraba alrededor de la Tierra y ésta giraba alrededor del Sol, entonces el Sol necesariamente tendría que girar alrededor de una estructura más grande (la Galaxia).

Segun Kant, la Via Lactea (como es conocida nuestra galaxia), posiblemente giraria alrededor de otra estructura aun más grande. Argumento su idea solo por inducción. Esto nos demuestra lo poderosa que puede llegar a ser la lógica.

Pasaron casí doscientos años para que Hubble demostrara que en efecto, existen estructuras similares a la Via Lactea, pero a diferencia de la hipótesis de Kant,  las galaxias se estaban alejando de nosotros.

Al observar galaxias más lejanas, se pudo concluir que todas (excepto Andromeda) se estan alejando casi a una velocidad constante.

Observaciones recientes de objetos muy lejanos, parecen indicar que la velocidad de expansión no es constante. Esto tiene consecuencias interesantes, que trataremos en otro artículo.

Cuando se comienza a estudiar el Universo de forma global, encontramos que existe una suposición que en un principio parece absurda: "el Universo es isotrópico y homogeneo", lo cual significa, en pocas palabras, que el universo es igual en todos lados; no importa la dirección que mires, encontrarás siempre la misma proporción de galaxias. Esta afirmación, que se da en los cursos de astronomía, es válida solo a escalas muy grandes.

Sin embargo, si se observa el universo a escalas menores (imaginen que nuestra unidad de medida es una galaxia) se observa una estructura muy particular:

 

Simulación del Milenio, donde se puede observar la estructura a gran escala del universo.

la estructura que observamos es una especie de carretera 3D, donde hay caminos de galaxias que se juntan en ciertas regiones. Hay lugares totalmente vacios, donde no se puede observar ninguna galaxia (burbujas vacias). Y hay regiones donde existe una gran cantidad de galaxias acumuladas. El universo no es homogeneo ni isotrópico. En realidad es una red de galaxias bien configurada.

¿Porq ué las galaxias se alinean en caminos galacticos? ¿Por qué existen lugares increiblemente grandes en el universo donde no hay galaxias? ¿Por qué hay nodos entre los caminos galácticos?

Recientemente, en la Universidad Johns Hopkins en Estados Unidos, el Dr. Miguel Aragón junto a su equipo de trabajo pudieron explicar esta estructura de gran escala.

Según sus investigaciones (utilizando la simulación del milenio), la estructura del universo es jerárquica, es decir, evoluciona paso a paso para llegar a su configuración actual. Anteriormente se creía que la configuración del Universo se daba de manera independiente para generar la estructura a gran escala.

Detalle de la simulación del milenio, donde podemos observar estructuras muy semejantes a las observadas en la actualidad (cumulos de galaxias)

El modelo del Dr. Aragón, describe el proceso claramente, existen 3 mecanismos jerárquicos:

1. El primero se debe a la expansión 3D de una burbuja. Imaginen que a partir de un punto, todo el material que hay alrededor comienza a alejarse del centro, similar a inflar un globo.
2. Cuando esas burbujas 3D chocan unas con otras generan una estructura llamada "pared". Si se observa una pared, entonces sucede algo interesante, pareciera que el material de la pared se esta alejando tambien de su centro. Es decir, una pared se parece mucho a una burbuja, solo que en este caso, la expansión es en 2D.
3. Como el material de una pared se aleja de su centro, es prácticamente inevitable que ese material choque con otra pared. Cuando esto ocurre, ambos materiales comienzan a alejarse unos de otros, pero ahora en una línea. Esta estructura es un "camino galáctico". Lo interesante es que un camino galactico o "cadena" se puede ver como una burbuja en expansión pero en 1D.
4. Cuando el material de las cadenas chocan con otras cadenas se forman regiones muy densas, con muchisimo material (galaxias), los llamados cumulos de galaxias, los cuales ya no pueden ir a ningun lado, serian como burbujas sin dimension, burbujas puntuales.

Es interesante esta forma de ver la evolución del universo, porque se pudo entender la jerarquía dinámica de su evolución. Por primera vez, tenemos una visión clara de la forma en que se moldea el Universo que es prácticamente identica a lo que se observa.

Aun mejor, al refinar la escala de las simulaciones, se pudo encontrar que dentro de la burbuja 3D en expansión, existen sub estructuras, tan pequeñas como refinaciones hagamos en los cálculos. En otras palabras, la estructura a gran escala de las burbujas 3D son el resultado de la interacción de micro burbujas 3D también en expansión. El porque sólo vemos burbujas enormes es solo una cuestión de escala.

Al afirmar que la estructura de gran escala del universo es el resultado de la dinámica de burbujas en 0D, 1D, 2D y 3D y que las estructuras 3D estan integradas por micro estructuras, se abre una interrogante enigmática.

Les platico, para realizar la simulación del milenio, se utilizó materia oscura. La materia oscura es masa que se puede sentir pero no se puede ver. Esta hipótesis, que inventaron los cosmólogos, resulta sumamente exótica, ya que dificilmente se puede aceptar la existencia de algo que no puedes ver, aun cuando puede ser enorme. Al decir que no se puede ver, me refiero no solo a los ojos, sino a cualquier telescopio.

La materia oscura, sin embargo, se puede sentir. En realidad, nosotros no la sentimos, mas bien la sienten las galaxias.

Al realizar la simulación del milenio, se utiliza materia oscura. Se usa, porque no existe suficiente masa "normal" para formar la estructura de gran escala que observamos. La masa es importante, porque genera la fuerza de gravedad, la cual atrae más masa.

Asi que la simulación del mileno, funcionó porque introdujeron materia oscura para "acretar" masa de los alrededores. Esto quiere decir, que una concentración importante de masa atraerá por gravedad más masa en un proceso cíclico: más masa, más gravedad que puede atraer más masa.

Pero imaginen que nosotros tenemos una sola fotografía de este proceso, donde observamos que se esta juntando masa. La pregunta inmediata es: ¿Se esta acretando masa o se esta arrojando masa hacia ese lugar? Lo primero es un proceso de "acreción" y el segundo es un proceso de "aceleración".

Si solo tenemos una fotografía, es imposible saber que esta ocurriendo.

Para la estructura de gran escala, la hipótesis actual es que la materia se esta acretando debido a concentraciones muy altas de materia oscura en las "carreteras galácticas" y en los "cúmulos galácticos".

Sin embargo, el descubrimiento del Dr. Aragón sobre la micro estructura dinámica de las burbujas vacias 3D, abre la posibilidad de la 2a hipótesis: aceleración sin necesidad de la materia oscura.

La acreción produce una aceleración, pero es debida a la fuerza de gravedad, producida por la materia oscura.

Pero si nosotros suponemos que en lugar de acreción, es en realidad una acelaración producida, no por una, sino por muchisimas aceleraciones a micro escala, entonces la acreción que observamos no es producto de la materia oscura.

Es decir, la energía necesaria para producir la estructura a gran escala, podría deberse a micro estructuras que inyectaron energía al medio intergaláctico en etapas muy tempranas y que debido a su tamaño ahora no son visibles. Esta energía fue lo suficiente para producir la acreción que observamos el dia de hoy (y también en el pasado).

La acreción, en este caso, seria una especie de fósil de la inyección de energía en épocas muy tempranas del origen del universo.

Esta idea fue explorada por Kurucz, su artículo lleva por título

RADIATIVELY-DRIVEN COSMOLOGY IN THE CELLULAR AUTOMATON UNIVERSE,

solo que cuando se publico, no se habia descubierto que efectivamente la dinámica de micro escala era la explicación de las burbujas de vacio 3D.

Una explicación alternativa a la materia oscura, podria estar a la vuelta de la esquina...

(imágenes tomadas de http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/).

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