Travesía por los mares del cosmos: Nuestro hogar en el universo: Laniakea

Occidental.

1. Nuestra nueva dirección cósmica

En el que recorro la cronología de los progresos científicos que permitieron a los cosmólogos localizar las galaxias en el espacio y construir los primeros mapas del universo local en tres dimensiones

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Desde el 4 de septiembre de 2014, es oficial: ¡tenemos una nueva dirección cósmica! En efecto, ese día se publicó en la prestigiosa revista científica inglesa Nature el artículo en el que anunciamos el descubrimiento de Laniakea. El supercúmulo extragaláctico con ese nombre es la estructura de galaxias más grande que se conoce hasta hoy y a la cual pertenecemos. Su nombre, de origen hawaiano, significa horizonte celeste inmenso. De hecho, su tamaño es gigantesco, muy difícil de concebir: mide alrededor de 500 millones de años luz de diámetro, es decir que la luz tarda 500 millones de años en atravesarlo de un extremo a otro. Contiene alrededor de 100 mil galaxias grandes como la nuestra y un millón de galaxias más pequeñas, ¡lo cual representa alrededor de 100 mil billones de soles!

La historia del descubrimiento de Laniakea, en el cual contribuí activamente, es lo que voy a contarte en este libro.

¿QUÉ ES UN COSMÓGRAFO?

La cosmología es una vasta rama de la astronomía que consiste en estudiar la estructura y la evolución del universo después del Big Bang. Para ello, los cosmólogos identifican las estructuras celestes presentes en el universo actual y determinan cómo interactúan dichos objetos. Esto les permite rastrear la cronología de la formación de esos cuerpos complejos desde la época en que el universo era muy joven y la materia estaba distribuida de manera mucho más homogénea. Los cosmólogos son en cierto modo los historiadores geógrafos del universo. Pueden tener especialidades muy diferentes, desde la teoría pura hasta la experimentación. Entre todas esas especialidades, la mía es la cosmografía, lo que significa que construyo mapas de nuestro universo. En particular, me dedico a determinar la posición y el movimiento de las galaxias cercanas a la nuestra, en lo que llamamos, en nuestra jerga de cosmólogos, el universo local. Es una cercanía curiosa, pues abarca ¡cientos de millones de años luz alrededor de nuestra Tierra! Cuando observamos esas galaxias locales, la luz que percibimos salió de ellas desde la era de los dinosauros, ¡o incluso antes! Nuestro uso del adjetivo local es oportuno, pues nuestros mapas más grandes no representan más que una millonésima parte del universo observable.

FIGURA 1.1. Algunos tipos morfológicos de galaxias (el nombre de cada una se encuentra entre paréntesis).

BREVE GLOSARIO DEL COSMÓLOGO EXPERTO

Para los cosmólogos, el objeto celeste básico es la galaxia. Las galaxias (del griego antiguo γαλαξἰας, que significa círculos lechosos) contienen estrellas, gas, polvo y materia invisible, llamada oscura, y todo el conjunto permanece unido bajo el efecto de la fuerza de gravedad. Las galaxias han sido clasificadas según su forma o tamaño. Así, se distinguen las galaxias espirales, elípticas, lenticulares, irregulares, enanas o gigantes. Nuestra galaxia, también llamada Vía Láctea, es relativamente grande: en su interior se hallan algunos cientos de miles de millones de estrellas. Es una galaxia espiral; tiene forma de disco con un bulbo central; el Sol está situado en la periferia, en una de las ramas de la espiral, conocida como brazo de Orión.

Dentro de las galaxias, hay estrellas. Una estrella es una simple bola de gas, muy caliente debido a las reacciones de fusión nuclear que se producen en su núcleo. La temperatura de la estrella está relacionada con su masa: las estrellas más masivas son las más calientes y también las que viven menos tiempo. Nuestro Sol es una estrella de tamaño mediano. Alrededor de las estrellas gravitan los planetas, pequeños cuerpos celestes que no tienen el calor suficiente, puesto que no tienen la masa suficiente, para emitir su propia luz visible. Ocho planetas orbitan alrededor del Sol, uno de los cuales es la Tierra. Hay satélites aún más pequeños que orbitan alrededor de ciertos planetas, como la Luna, el único satélite natural de la Tierra.

Las galaxias se agrupan en el universo por efecto de la gravedad. Nosotros habitamos en el Grupo Local, que no tiene más que tres grandes galaxias, una de las cuales es la Vía Láctea, y cerca de 50 galaxias enanas. En ocasiones, las galaxias pueden reunirse en un número mucho más grande, formando así lo que llamamos cúmulos. Así, nuestro Grupo Local es atraído por el cúmulo de Virgo, que contiene más de mil galaxias. Los cúmulos se posicionan a lo largo de filamentos en red para formar supercúmulos como Laniakea.

Cuando visito escuelas primarias, secundarias y preparatorias para explicar en qué consiste mi profesión, los chicos nunca me preguntan por qué cartografiamos el universo, sino más bien cómo. Y es cierto que eso es lo que importa, pues la respuesta al por qué parece evidente: ¡necesitamos un mapa para saber dónde estamos! ¿Acaso no es esencial saberlo, aunque sea para saber a dónde vamos? Y también para saber de dónde venimos, es decir, para responder en parte la pregunta ¿quiénes somos? La respuesta al cómo es mucho más compleja y suscita muchas otras preguntas. ¿Cómo trabaja un astrofísico hoy en día? ¿Todavía pega el ojo al telescopio como hizo Galileo —el primero en hacerlo— hace 400 años? ¿Debe recorrer todas las montañas del mundo para recolectar nuevos datos, los cuales, una vez analizados, se confrontarán a los modelos y quizá permitirán sobrepasar los límites de nuestros conocimientos? De manera más específica, ¿en qué consiste mi labor como profesora de universidad? ¿Debo conciliar la enseñanza diurna con las observación nocturna? Entonces les describo mi vida cotidiana, en la que el uso de herramientas informáticas tiene un papel muy importante, entre otras cosas para recolectar y procesar los datos. Responder al cómo también implica explicar los métodos que utilizo: la elección de la zona de la bóveda celeste, esa superficie cóncava de dos dimensiones, hacia la cual habré de apuntar mi telescopio, y luego la estimación de la lejanía de la galaxia que me interesa, para así acceder a la tercera dimensión. Cómo enseguida deduzco su velocidad, gracias a diversas estratagemas, para al fin fabricar esos nuevos mapas en movimiento —que llamamos mapas dinámicos— del espacio que nos rodea. Al terminar los alumnos a menudo confiesan: ¡No imaginaba para nada que tu profesión fuera así!

FIGURA 1.2. Del sistema solar al universo observable: tú estás aquí.

LA COTIDIANIDAD DE LA INVESTIGACIÓN FUNDAMENTAL

Agradezco a los jóvenes por preguntarme cómo se cartografía el universo, pero admito la legitimidad del por qué, que más a menudo recibo de los adultos. A fin de cuentas, es una pregunta más pragmática, ¡motivada por el hecho de que ellos son quienes financian la investigación pública! Todos somos mecenas de esta actividad cuyo impacto en la vida cotidiana no necesariamente medimos. Sin embargo, la mayoría de los objetos que utilizamos proviene de la investigación, aplicada o fundamental. Pueden ser objeto de una transferencia tecnológica ligada al descubrimiento de un nuevo fenómeno físico. En este sentido, por ejemplo, el foco eléctrico se derivó de la comprensión de los fenómenos de propagación de la electricidad y de las pérdidas energéticas que la acompañan. Pero los objetos cotidianos también pueden ser resultado de la invención y la fabricación de nuevas herramientas necesarias para quien hace investigación fundamental. Por ejemplo, la tecnología del vidrio de la puerta de un horno de cocina tiene un vínculo directo con la investigación que se desarrolló para la construcción de los espejos de los telescopios muy grandes. De hecho, para fabricar espejos de varios metros de diámetro ¡hay que fundir cientos de toneladas de silicio! Enseguida hay que enfriar el bloque, que tiene un espesor de alrededor de un metro, sin que la diferencia entre el fondo y la superficie cree imperfecciones en el vidrio. La enorme estabilidad térmica que se requiere condujo al desarrollo de nuevos vidrios. ¡Y así la tecnología de los telescopios se encuentra en nuestras cocinas y ya nadie se quema los dedos con la puerta del