estructura a gran escala del universo

Un filamento de la red cósmica se extiende a través del universo joven, y en él, como cuentas en un collar, están ensartadas las galaxias. En el núcleo del protocúmulo SSA22, que dentro de miles de millones de años se convertirá en el centro de un cúmulo masivo, estas cuentas aún están calientes y polvorientas: en su interior nacen estrellas, y el gas frío sirve de combustible.

Un censo de población según la forma del cuerpo: así se puede describir lo que hicieron los astrónomos con 6348 galaxias masivas. En lugar de estatura y peso, midieron cuánto se concentra la luz hacia el centro, cuán achatada está la galaxia y cuán asimétrica es su forma. Luego repitieron las mismas mediciones en galaxias de tres modelos computacionales del universo y compararon los resultados.

Un río dibujado en un mapa es siempre una sola línea. Pero si te paras en la orilla, verás que dentro del cauce hay corrientes más rápidas, remolinos y brazos que a veces se unen y a veces se separan. La telaraña cósmica es como ese río, solo que de materia oscura, y hasta hace poco los astrónomos la dibujaban como una sola línea.

Un río dibujado en un mapa es siempre una sola línea. Pero si te paras en la orilla, verás que dentro del cauce hay corrientes más rápidas, remolinos y brazos que a veces se unen y a veces se separan. La telaraña cósmica es como ese río, solo que de materia oscura, y hasta hace poco los astrónomos la dibujaban como una sola línea.

Un contable revisa todas las fábricas, almacenes y tiendas, pero el balance no cuadra: la mitad de la mercancía parece haberse evaporado. Algo así es lo que los astrónomos han estado haciendo durante décadas al buscar la materia ordinaria en el universo actual.

El cielo nocturno parece un puñado de estrellas al azar. Pero si lo observamos a distancias enormes, el caos desaparece. Las galaxias se agrupan en largos filamentos y muros planos, y entre ellos se abren vacíos colosales: los vacios cósmicos. A esta estructura se la llama telaraña cósmica.

El cielo nocturno parece un puñado de estrellas al azar. Pero si lo observamos a distancias enormes, el caos desaparece. Las galaxias se agrupan en largos filamentos y muros planos, y entre ellos se abren vacíos colosales: los vacios cósmicos. A esta estructura se la llama telaraña cósmica.

El haz de una linterna atraviesa la niebla. Cuanto más densa es la niebla, más se dispersa la luz y más tarde llega al ojo. Un principio similar opera con las ráfagas rápidas de radio: misteriosos pulsos ultrapotentes provenientes de galaxias lejanas.

Los cosmólogos se enfrentan a una situación curiosa: dos herramientas fiables dibujan mapas ligeramente diferentes del mismo universo. Una herramienta es el mapa de la luz antigua (la radiación cósmica de fondo), y la otra, el mapa de la distribución de galaxias. En líneas generales coinciden, pero en los detalles discrepan.

Una olla de gachas hirviendo: las burbujas estallan, el vapor escapa y lo mezcla todo. Algo parecido hacen las estrellas masivas en las nubes de gas gigantes. Su radiación y viento estelar soplan enormes cavidades, las burbujas moleculares, esparciendo materia a su alrededor.

Los cosmólogos se parecen a los cartógrafos, solo que en lugar de montañas y ríos, trazan en el mapa fuerzas invisibles. La energía oscura, que hace que el universo se expanda aceleradamente, sigue siendo un misterio. Una de las conjeturas es el modelo de «entrelazamiento gravitacional cinético» (KGB).

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se enfrió de manera desigual. En algunos lugares pudieron formarse pliegues: hilos de energía increíblemente densos, finos como un cabello. Los físicos los llaman cuerdas cósmicas. Oscilan, chocan entre sí y emiten ondas gravitacionales: el temblor del propio espacio.

En el silencio del mundo cuántico no hay vacío. Las partículas están entrelazadas por hilos invisibles: el entrelazamiento. Los autores del trabajo propusieron que el propio tejido del espacio-tiempo está urdido con esos hilos.

En las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, el universo fue un escenario de cambios vertiginosos. Una lámina de goma estirada que se enfría rápidamente se cubre de microgrietas. Un proceso similar a escala cósmica pudo dar origen a las cuerdas cósmicas: hebras de energía finísimas pero superdensas que se extendían por todo el universo.

La gravedad es una fuerza asombrosamente débil. Un pequeño imán sostiene un clip desafiando la atracción de todo un planeta. Los físicos han buscado durante mucho tiempo la causa de esta debilidad, y una de las conjeturas nos lleva a dimensiones ocultas. Quizás la gravedad se 'extiende' por ellas, perdiendo fuerza en nuestro mundo tridimensional.

En el universo temprano, cuando se enfriaba después del Big Bang, pudieron formarse defectos —como grietas en el hielo. Uno de esos defectos es el monopolo global, un diminuto cúmulo de campo donde la energía queda atrapada en un nudo.

El cosmos se asemeja a una tela de seda con hilos de una red oscura que sobresalen. Las verdaderas telas las vemos solo como pequeños retazos — a través de telescopios, en catálogos reales de galaxias.

4 610 universos — exactamente esa cantidad de modelos cosmológicos necesitaron los astrofísicos para demostrar que la familiar máscara gaussiana ya no funciona para los datos de nueva generación.

En los primeros instantes después del Big Bang, la transición de fase cósmica dividió el plasma caliente en regiones con diferentes vacíos — los estados de menor energía del campo.

El mundo que nos rodea es tridimensional, pero quizá sea solo una apariencia. Algunas teorías admiten que el espacio contiene dimensiones adicionales, plegadas o estiradas de manera especial. Uno de esos modelos dibuja un universo de cinco dimensiones con una dimensión "diluida" (llamada dilatón lineal).

Imagine un antiguo manuscrito en el que una nueva historia se ha escrito sobre un texto más viejo. Con el tiempo, la capa superior se adelgaza y las líneas del pasado asoman a través de ella. Así, como un palimpsesto, funcionan los cúmulos globulares, los sistemas estelares más antiguos del Universo.

Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.

La materia oscura —el fundamento invisible de la arquitectura cósmica— constituye el 85% de toda la masa, pero se sustrae a la observación directa.

El modelo cosmológico estándar, basado en las ecuaciones de campo propuestas por Einstein, describe el Universo como un cóctel de materia oscura (descubierta gracias a Vera Rubin) y energía oscura en una proporción aproximada…

El principio cosmológico —la afirmación de que el Universo a gran escala es homogéneo e isótropo— ha custodiado nuestra comprensión del mundo desde los tiempos de Edwin Hubble y Georges Lemaître, cuyas ideas sentaron las bases del modelo del Big Bang.

La explosión de una lejana supernova nos contó algo difícil de creer: el mundo se expande cada vez más rápido. El motor de esta aceleración es la energía oscura, casi el 70% de todo lo que existe.

La luz de galaxias lejanas galaxias viaja miles de millones de años hacia nosotros, pero en el camino la invisible telaraña de materia oscura la dobla y distorsiona. Este efecto, predicho por Einstein en el marco de la relatividad general, se conoce como lente gravitacional.

Un mapa cosmológico se parece a una foto de las ondas en el agua: a partir de ella se deduce qué piedra se lanzó. La piedra son las propiedades del universo —cuánta materia ordinaria contiene, cuánta materia oscura, con qué rapidez se expande—. Las ondas son el patrón de galaxias que miden los telescopios.

Los cúmulos de galaxias son los mayores conjuntos gravitacionales del Universo. En el resplandor de rayos X, generado por el plasma caliente, está codificada la historia de la expansión del cosmos, la materia oscura oculta y la enigmática energía oscura.

Desde pequeños nos acostumbramos a pensar que el espacio es infinito e isótropo. Pero Einstein y Lemaître ya se preguntaban: ¿no estará el Universo cerrado sobre sí mismo, como una cinta de Möbius o un toro tridimensional?

El caldo ardiente del Universo temprano se enfrió de manera desigual. En algún momento, comenzaron a formarse burbujas de una nueva fase, como burbujas de vapor en agua hirviendo. Pero estas burbujas no eran de vapor, sino de un nuevo estado de la materia en el que las partículas del sector oscuro se agrupaban en grumos más grandes. Así pudo nacer la materia oscura.

En los primeros instantes tras el nacimiento, el universo podría haber sido multidimensional, como una hoja de papel que de repente adquiere grosor. Ese "grosor" —las dimensiones extra— comenzó a expandirse rápidamente. A este crecimiento ultrarrápido se le llama inflación.

Nuestro universo se expande y su futuro, según los cosmólogos, es un espacio de de Sitter vacío y frío. Comprender su naturaleza cuántica es como intentar leer un libro mirando solo la portada.

El universo crece como una metrópolis: las galaxias-rascacielos se levantan sobre un armazón invisible de materia oscura; su peso atrae el material de construcción. Mientras, la energía oscura hace que la propia ciudad se expanda sin cesar.

El universo se parece a un bosque denso: de cerca se ven árboles-galaxia individuales, agrupados en arboledas, pero desde lejos todo se funde en un verde continuo. El límite a partir del cual el cosmos se vuelve homogéneo se llama escala angular de homogeneidad: es el tamaño de la porción de cielo a partir de la cual las galaxias se distribuyen uniformemente.

A través de las ondulaciones del agua, las piedras en el fondo de la piscina parecen desplazadas y distorsionadas. De manera similar, la gravedad de la materia oscura invisible curva la luz de las galaxias lejanas: este fenómeno se conoce como lente gravitacional débil.

Solo unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang, en el océano invisible de la materia oscura ya se estaban formando gigantescos agujeros negros. Nacían de la materia misma, sin ayuda de estrellas. Este mecanismo, basado en las ecuaciones de Lemaître, explica su aparición temprana.

Los astrónomos construyen mapas de galaxias y escuchan el susurro radial del hidrógeno neutro. La señal es tan débil que incluso un televisor encendido la ahogaría, pero antenas sensibles la captan desde las profundidades del Universo.

Un enorme pastel de capas donde las capas de masa son el espacio y el relleno es una región especial, similar a una pared invisible. Esta pared no es de ladrillos, sino de energía, y podría tener el grosor de todo un universo. Si tal pared existiera, debería estirar las capas de masa de manera diferente: las que están a lo largo de ella se separarían más rápido, y las que están a través, más lento.

Una bola pesada yace sobre una cama elástica, y la tela se hunde bajo ella. Cualquier pelota que ruede cerca inevitablemente rueda hacia el centro. Así funciona aproximadamente la gravedad a escala de todo el universo. Pero, ¿y si la tela estuviera curvada hacia arriba, como una cúpula? Entonces la pelota tendería a rodar hacia afuera.