Confirmado: vivimos en el borde de un descomunal vacío cósmico

La Vía Láctea, nuestra galaxia, junto a todas sus compañeras, se encuentra en el borde mismo de un enorme vacío de más de mil millones de años luz de extensión y en cuyo interior no hay «nada».

En un estudio observacional de 2013, Ryan Keenan, investigador postdoctoral en la Academia Sinica en Taiwán y ex alumno de la Universidad de Wisconsin-Madison (UW), y su exasesora, la astrónoma Amy Barger, demostraron que nuestra galaxia, en el contexto de la estructura a gran escala de la universo, reside en un enorme vacío —una región del espacio que contiene muchas menos galaxias, estrellas y planetas de lo esperado—.

Ahora, un nuevo estudio realizado por un estudiante universitario de UW, también alumno de Barger, no solo confirma la idea de que existimos en uno de los agujeros de la estructura de queso suizo del cosmos, sino que ayuda a aliviar el aparente desacuerdo o tensión entre diferentes medidas de la constante de Hubble, la unidad que los cosmólogos usan para describir la velocidad a la que el universo se está expandiendo hoy.

La tensión surge al darse cuenta de que las diferentes técnicas que emplean los astrofísicos para medir qué tan rápido se expande el universo dan resultados diferentes.

«No importa qué técnica uses, deberías obtener el mismo valor para la tasa de expansión del universo actual», explicó Ben Hoscheit, el estudiante de Wisconsin que presenta su análisis del vacío aparentemente mucho más grande que el promedio en el que reside nuestra galaxia. «Afortunadamente , vivir en un vacío ayuda a resolver esta tensión».

La razón de esto es que un vacío, con mucha más materia fuera del vacío que ejerce una atracción gravitacional ligeramente mayor, afectará el valor de la constante de Hubble que se mide con una técnica que utiliza supernovas relativamente cercanas, mientras que no tendrá ningún efecto en el valor derivado de una técnica que utiliza el fondo cósmico de microondas (CMB), la luz sobrante del Big Bang.

Un queso de Gruyere

El nuevo informe de Wisconsin es parte de un esfuerzo mucho mayor para comprender mejor la estructura a gran escala del universo. La estructura del cosmos es como un queso gruyere en el sentido de que está compuesto de «materia normal» en forma de vacíos y filamentos. Los filamentos están formados por supercúmulos y cúmulos de galaxias, que a su vez están compuestos por estrellas, gas, polvo y planetas. Se cree que la materia oscura y la energía oscura —que aún no se pueden observar directamente— comprenden aproximadamente el 95 por ciento del contenido del universo.

El vacío que contiene la Vía Láctea, conocido como el vacío KBC (por Keenan, Barger y Lennox Cowie), es al menos siete veces más grande que el promedio, con un radio que mide aproximadamente mil millones de años luz. Hasta la fecha, es el mayor vacío conocido por la ciencia.

Un mapa del universo local observado por el Sloan Digital Sky Survey. Las áreas naranjas tienen densidades más altas de cúmulos y filamentos de galaxias.

El reciente análisis de Hoscheit, según Barger, muestra que las primeras estimaciones de Keenan del vacío KBC —que tiene la forma de una esfera con un caparazón de espesor creciente formado por galaxias, estrellas y otra materia— no se descartan por otras limitaciones observacionales.

«A menudo es realmente difícil encontrar soluciones consistentes entre muchas observaciones diferentes», explicó Barger. «Lo que Ben ha demostrado es que el perfil de densidad que Keenan midió es consistente con los observables cosmológicos. Uno siempre quiere encontrar consistencia, o de lo contrario hay un problema en alguna parte que necesita ser resuelto».

Velas encendidas

La luz brillante de una explosión de supernova, donde la distancia a la galaxia que alberga la supernova está bien establecida, es la «vela» elegida por los astrónomos para medir la expansión acelerada del universo. Debido a que esos objetos están relativamente cerca de la Vía Láctea y debido a que no importa dónde exploten en el universo observable, lo hacen con la misma cantidad de energía, proporciona una forma de medir la constante de Hubble.

Vista del universo simulado, con la estructura como un queso suizo en filamentos y vacíos. La Vía Láctea, según los astrónomos de la universidad de Wisconsin-Madison, reside en el vacío más grande de la estructura a gran escala del cosmos.

Alternativamente, el fondo cósmico de microondas es una forma de sondear el universo muy primitivo.

«Los fotones del CMB codifican una imagen de bebé del universo muy primitivo», señaló Hoscheit. «Nos muestran que en esa etapa, el universo era sorprendentemente homogéneo. Era una sopa densa y caliente de fotones, electrones y protones, que mostraba diferencias de temperatura mínimas en el cielo. Pero, de hecho, esas pequeñas diferencias de temperatura son exactamente las que nos permiten inferir la constante de Hubble a través de esta técnica cósmica».

Por lo tanto, se puede hacer una comparación directa, sostuvo Hoscheit, entre la determinación «cósmica» de la constante de Hubble y la determinación «local» derivada de las observaciones de la luz de las supernovas relativamente cercanas.

El nuevo análisis realizado por Hoscheit, según Barger, muestra que no existen obstáculos de observación actuales para llegar a la conclusión de que la Vía Láctea reside en un vacío muy grande. Como beneficio adicional, agregó, la presencia del vacío también puede resolver algunas de las discrepancias entre las técnicas utilizadas para registrar qué tan rápido se expande el universo.

Fuente: UW. Edición: MP.