Hay lugares oscuros allá afuera en el universo profundo, vastos Saharas de cientos de millones de años luz de diámetro, vacíos excepto por un átomo de hidrógeno perdido o una pequeña radiación. . Estos son los vacíos cósmicos, y un día crecerán para consumir todo el universo.
Para entender los vacíos, primero debemos tener la perspectiva correcta. Y para hacer eso, tenemos que alejarnos más allá del sistema solar, más allá de la galaxia de la Vía Láctea e incluso más allá de todos los grupos y cúmulos que conforman nuestro vecindario del universo. Necesitamos alejarnos hasta que galaxias enteras, cada una de las cuales alberga cientos de millones de estrellas, se conviertan en nada más que pequeñas motas de luz.
En estas escalas verdaderamente cosmológicas, vemos emerger una estructura asombrosa. Las galaxias de nuestro universo no están esparcidas al azar como la sal derramada sobre la mesa; en cambio, forman el patrón más grande que se encuentra en la naturaleza. Vemos cúmulos densos, hogar de miles de galaxias, y hebras largas y delgadas que conectan estos cúmulos. Estos hilos actúan como largas autopistas que se extienden entre los cúmulos, con miles de galaxias a lo largo de ellos. Y vemos estos hilos unidos para formar paredes grandes y enormes.
El cúmulo de Virgo es un gran cúmulo de galaxias en la constelación de Virgo. Compuesto por unas 1.300 (y posiblemente hasta 2.000) galaxias miembros, el cúmulo forma el núcleo del Supercúmulo Virgo más grande, del cual es miembro el Grupo Local (que contiene nuestra galaxia, la Vía Láctea).
Llamamos a esta inmensidad la “telaraña cósmica”. Está hecho de galaxias de la misma manera que tu cuerpo está hecho de células microscópicas. Pero esta metáfora solo puede llegar hasta cierto punto; para hacer un modelo a escala de la red cósmica, tus células tendrían que ser un millón de veces más pequeñas de lo que son.
Pero a medida que la luz de las estrellas y las galaxias de la red cósmica se desprenden, estas estructuras solo sirven para definir los límites de los verdaderos gobernantes del cosmos: las regiones vacías entre ellos. Descubiertos por primera vez a principios de la década de 1980, estos vacíos cósmicos dominan el volumen del universo. En otras palabras, la mayor parte de nuestro universo está completamente, totalmente vacío.
Si busca lo suficiente, puede encontrar pequeñas galaxias enanas oscuras dispersas dentro de los vacíos y, por supuesto, está la siempre presente sopa fina de radiación y partículas que inunda el cosmos. Pero los vacíos están realmente vacíos, desprovistos de cualquier estructura significativa o concentración de materia.
El origen del vacío
Las semillas de los vacíos se plantaron en los primeros momentos del universo, incluso antes de que aparecieran las primeras estrellas y galaxias. Hace miles de millones de años, la materia de nuestro universo era casi perfectamente uniforme, sin variaciones de un lugar a otro. Pero había pequeñas diferencias aleatorias y microscópicas. Solo una millonésima parte más de material aquí, o una millonésima parte menos de material allá.
A medida que nuestro universo envejecía, estas diferencias aumentaban. La gravedad es una fuerza increíblemente débil, pero es muy persistente y extremadamente paciente. Las regiones de nuestro universo con una ventaja tan leve en la materia también tenían una atracción gravitacional ligeramente más fuerte. Esto atrajo más materia a este parche, vaciando sus alrededores. A medida que se acumulaba materia, la atracción gravitatoria se intensificó y el entorno se volvió aún más vacío. Durante cientos de millones de años, la red cósmica comenzó a emerger: primero como pequeños cúmulos, que se encendieron como las primeras estrellas; luego, pequeñas galaxias aparecieron y se fusionaron antes de formar los grandes cúmulos, filamentos y paredes de galaxias.
Ilustración que muestra la evolución del universo desde una nube de niebla sin estructura hasta la estructura a gran escala que vemos hoy en día que consta de supercúmulos de galaxias dispuestos a lo largo de filamentos, con «vacíos» entre ellos.
Y a medida que los ricos se hacían más ricos, los pobres se hacían más pobres. Los vacíos comenzaron como pequeños hoyuelos efervescentes en un tejido por lo demás suave y armonioso. Pero a medida que crecía la red cósmica, también lo hacían los vacíos, y toda su materia se precipitaba hacia el abrazo gravitatorio de grandes estructuras luminosas. Hoy en día, los vacíos constituyen más del 80 % del volumen del universo, pero contienen menos de una décima parte de su masa total.
✅ Los vacíos cósmicos son agujeros en la distribución de la materia en el universo, como los agujeros en el queso suizo o los intersticios de una tela de araña. Están vacíos de todo, incluida la materia normal y la materia oscura.
Y este vacío les otorga un poder secreto. A fines de la década de 1990, dos equipos de astrónomos descubrieron que la expansión del universo se estaba acelerando; nuestro universo se hace más y más grande, cada vez más rápido, con cada día que pasa. Esperábamos observar lo contrario: en un universo en expansión, la atracción gravitatoria de toda la materia en el cosmos debería estar desacelerando suavemente esa expansión, no acelerándola. Confirmada por múltiples experimentos durante el último cuarto de siglo, la expansión acelerada tiene un nombre: la llamamos energía oscura.
En pocas palabras, no tenemos idea de qué es la energía oscura. Pero sospechamos que esta misteriosa aceleración es de alguna manera una propiedad del vacío del propio espacio-tiempo. En otras palabras, la energía oscura está incrustada en la estructura misma del cosmos y está causando que la expansión del universo se acelere en todas partes. Pero no sentimos esta aceleración localmente. La Tierra no se está expandiendo, el Sistema Solar no se está expandiendo, la Vía Láctea no se está expandiendo e incluso nuestro entorno cosmológico local no se está expandiendo.
Es porque nuestra parte local del universo está llena de cosas: estrellas, gas, polvo, gente. Todo esto tiene un tirón gravitacional y supera por completo los efectos de la aceleración de la energía oscura.
Pero no en los vacíos. Los vacíos están vacíos. Es su definición. No hay estrellas, ni gas, ni polvo, ni gente. No hay nada en los vacíos para contrarrestar los efectos de la energía oscura. Y así crecen los vacíos, acelerando su expansión. Literalmente empujan hacia arriba los filamentos y las paredes que los rodean, arrancando la materia de sí mismos en su búsqueda de una expansión implacable.
¿El fin del universo?
En alrededor de 10 a 20 mil millones de años, la red cósmica, con su esplendor de galaxias, filamentos y paredes, se disolverá. Primero, los filamentos se separan a medida que los vacíos que los rodean hacen que desaparezcan. Entonces las paredes se disolverán. Los cúmulos sobrevivirán, pero cada uno se convertirá en un universo isla, efectivamente solo en una vasta extensión de la nada.
Antes de que eso suceda, sin embargo, tenemos mucho trabajo por hacer. Si bien la energía oscura impregna cada pulgada cúbica de espacio-tiempo, solo aparece en los vacíos. Entonces, si queremos estudiar esta fuerza misteriosa que dictará el futuro del universo, no podemos mirar dentro de las galaxias o cúmulos. Su gravedad interna es simplemente demasiado fuerte, eliminando la influencia de la energía oscura. En cambio, tenemos que buscar en los vacíos.
Los vacíos son nuestra clave para comprender la energía oscura. Su crecimiento a lo largo del tiempo cósmico, sus formas, números y todas sus propiedades nos hablan de la fuerza y la historia de la energía oscura. Si la energía oscura tuviera una fuerza diferente o una evolución diferente, primero aparecería en los vacíos. Los astrofísicos ya han comenzado a mapear tantos vacíos cósmicos en el universo como sea posible para comparar sus características y características con nuestras estimaciones teóricas. Los investigadores esperan que estas investigaciones a gran escala puedan revelar las propiedades sutiles y poco conocidas de la energía oscura.
Pero hay más Los vacíos cósmicos son las cápsulas del tiempo más grandes del cosmos. En miles de millones de años, simplemente no han cambiado mucho. En las galaxias, las estrellas viven y mueren; materia y materia derivan y se recombinan. Las galaxias no se parecen en nada a su juventud. Pero hace miles de millones de años, los vacíos eran simples, vacíos. Y hoy, miles de millones de años después, siguen siendo simples y vacíos.
Las respuestas a muchos misterios cosmológicos: la naturaleza de la energía oscura, las propiedades del cosmos antiguo, etc. – vivir dentro de los vacíos. Y así, tal vez nuestras mejores ideas solo vendrán una vez que miremos hacia el abismo.
Paul M. Sutter es profesor de ciencias y cosmólogo teórico en la Instituto de Ciencias de la Computación Avanzada de la Universidad de Stony Brook y el autor de Cómo morir en el espacio: un viaje a través de peligrosos fenómenos astrofísicos Y Tu lugar en el universo: comprensión de nuestra gran existencia desordenada. Sutter también es el presentador de varios programas científicos y está en las redes sociales. Descubre su pregúntale a un astronauta podcast y su YouTube.
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