De la 'sopa cósmica inicial' a los supercúmulos, de la aparición de los primeros 'grumos' en esta sopa que dieron origen a las estrellas y mini-galaxias hasta la inmensidad de Laniakea… nuestro rincón del Universo, donde está  La Vía Láctea junto con cientos de miles de galaxias. Y todas ellas se dirigen hacia el 'Gran Atractor'. El doctor Carlos Hernández,  del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (Teruel), nos cuenta esta historia apasionante, y también cómo el equipo que dirige detectó por primera vez la materia 'escondida' alrededor de las galaxias. Caracterizar con gran precisión la estructura a gran escala del universo es su próximo reto científico.   

Mi hija de 9 años me preguntó ayer cómo se formaron los planetas 'y todo lo demás'…Le hablé del Big Bang como si fuera una especie de globo hinchándose y expandiéndose, ¿voy bien encaminada? ¿qué fue el Big Bang? 

Sí, yo diría que vas bien encaminada. Lo que sabemos es que el universo se expande actualmente, porque vemos que las galaxias se alejan unas de otras, y más rápido cuanto más lejos están entre sí. Efectivamente eso recuerda a dos hormigas en la superficie de un globo que se está hinchando: a medida que hinchamos el globo, las hormigas se alejan unas de otras. Pues bien, mirando al cielo vemos que a las galaxias les pasa lo mismo: se alejan unas de otras, de forma que deducimos el espacio en el que se encuentran se está «hinchando» igualmente … 

Ahora bien, eso quiere decir que, si el espacio lleva hinchándose un tiempo considerable, entonces en el pasado el universo tendría que haber sido más «compacto»: las galaxias debieran de haber estado mucho más cerca (entre sí) de lo que están ahora. Y si vamos todavía más hacia atrás en el tiempo, llegamos al punto de la Gran Explosión o el «Big Bang». Al mirar el cielo encontramos pruebas de que efectivamente el universo una vez fue increíblemente denso, «pequeño» y caliente.

 Su siguiente pregunta fue ¿y qué pasó entonces? Hablemos de los primeros instantes ¿Cómo era el universo primitivo?

Imagínate toda la materia que ven tus ojos (o que te puedes imaginar) comprimida en el volumen de, digamos, la cabeza de un alfiler. ¿Difícil imaginárselo, no? Bien, pues como decía antes hay indicios muy convincentes de que efectivamente fue así: en el universo, al principio, los componentes fundamentales de la materia estaban en una «sopa» de una densidad y temperatura inimaginables. A medida que el universo se expandía, esa sopa se fue enfriando poco a poco, y en ella se formaron sobre todo átomos de hidrógeno y helio, que hoy los encontramos en abundancia en la Naturaleza (por ejemplo, en el Sol). 

¿Qué es la edad oscura del universo?

Después de formarse el hidrógeno y helio de esa «sopa cósmica inicial», el universo era muy aburrido. Sólo hidrógeno y helio (más un tipo extraño de materia que no conocemos bien y que llamamos «materia oscura»), y poquito más. No habían nacido todavía las primeras estrellas, y por tanto no había luz visible (tal como la conocemos nosotros). Por eso llamamos esa fase del universo como «edad oscura»: la época cosmológica que discurre entre la formación del átomo de hidrógeno y el nacimiento de las primeras estrellas.
 
¿Cómo se formaron las galaxias y 'todo lo demás'? 

Pues todo partió de esa sopa de hidrógeno, helio y materia oscura. Como decía, era una «sopa» aburrida, sin casi grumos ni «tropezones», en la que cada región del espacio se parecía enormemente a cualquier otra. Los grumos o zonas donde la densidad era mayor que el promedio sólo contenían un pequeño porcentaje de materia más que las otras regiones. Sin embargo, tales grumos fueron con el tiempo atrayendo gravitatoriamente a más y más materia, acretándola, de forma que poco a poco los grumos se hicieron más masivos. Llegó un momento en que esos grumos formaron las primeras estrellas y las primeras «mini-galaxias», que con el transcurso del tiempo fueron atrayendo a más materia, creciendo en tamaño y en masa total, y generando la estructura del universo a gran escala que vemos hoy en día.

Laniakea… ¿De dónde surge este término y a qué se refiere?

Laniakea viene del lenguaje hawaiano, y significa «cielo inconmensurable». En realidad no es más que el nombre que un investigador de la Universidad de Hawaii, el Profesor Brent Tully, dió, junto con sus colaboradores, al supercúmulo de galaxias local al que pertenece nuestra galaxia, la Vía Láctea. ¿Y qué es un supercúmulo de galaxias?, me preguntarás …  No es más que una región del universo que está siendo atraída gravitatoriamente, o que está cayendo hacia el mismo pozo de potencial gravitatorio. En nuestro caso, todas las galaxias, grupos y cúmulos de galaxias de nuestra vecindad están cayendo hacia un punto de atracción gravitatoria (causado por una aglomeración de grupos y cúmulos de galaxias) llamado el «Gran Atractor», que está a unos 250 millones de años luz de nosotros.

El equipo de investigadores que dirige detectó por primera vez la materia 'escondida' alrededor de las galaxias ¿qué es esa materia perdida? ¿Cómo lograron detectarla? 

Esa «materia escondida» no es más que nubes de hidrógeno ionizado en su mayor parte, de alta temperatura pero muy difusas, de muy poca densidad, que rodean y envuelven a las galaxias y a los grupos de galaxias. Sabíamos que esas nubes de gas «tenían» que estar ahí, pero antes no habían podido ser descubiertas por que al ser una sopa muy diluída (¡otra sopa!) de electrones y protones sueltos, que no forma estrellas ni emite luz, es muy difícil detectarla.
 
Nosotros logramos detectarla usando la radiación de Fondo Cósmico de Microondas: esta radiación inunda todo el universo visible y se generó cuando el universo era muy joven. Estudiando la radiación que nos llega de las posiciones del cielo donde están los grupos de galaxias, vemos que ésta ha sufrido una pequeña distorsión que no encontramos cuando miramos a otras zonas de cielo donde no están esos grupos de galaxias. Esa pequeña distorsión (que se llama efecto Sunyaev-Zeldovich cinético) está causada por el choque entre los electrones de las nubes de gas con las partículas de radiación del Fondo Cósmico de Microondas. Si no hubiera nubes de electrones rodeando esos grupos de galaxias, no debiéramos haber detectado tal distorsión (que por cierto, es pequeña, muy pequeña) .  Sólo debido a la gran precisión de las medidas de la radiación de Fondo Cósmico proporcionados por el satélite Planck hemos podido detectarla.

¿En qué centran su investigación en estos momentos? 

Ahora mismo me concentro en la preparación del cartografiado del universo que estamos preparando desde el Observatorio Astrofísico de Javalambre, en la provincia de Teruel. Este cartografiado, que se llama J-PAS (del inglés «Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey«)  pretende caracterizar, con una precisión sin precedentes, la estructura a gran escala del universo, y con ello afrontar los principales problemas de la Cosmología y Astrofísica actuales: ¿por qué se ha acelerado la expansión del Universo? ¿qué podemos aprender de esa misteriosa energía oscura que causa esta aceleración en la expansión del universo? ¿cómo se mueven las galaxias bajo la atracción gravitatoria? ¿funciona la teoría de la Gravitación de Einstein cuando la examinamos a escalas cosmológicas ? ¿cómo y cuándo se forman las galaxias? ¿cómo evolucionan a lo largo de la historia del Universo? ¿qué podemos aprender de la materia oscura? ¿y de los neutrinos? … y un largo etcétera … 😉

Conferencia «Laniakea: nuestro lugar en el Universo»

Jueves, 10 de noviembre, 19:30 horas 

Auditorio Santiago Grisolía, Museu de les Ciències.

Foto cedida por