Artículo publicado originalmente por VICE Estados Unidos.
La Vía Láctea, la galaxia en la que vivimos, es una de las cientos de miles de millones de galaxias esparcidas por el universo. Su variedad es sorprendente: hay espirales, anillos con forma de bucles repletos de estrellas y galaxias antiguas que eclipsan prácticamente todo lo demás en el universo.
Pero a pesar de sus diferencias —y las distancias alucinantes entre ellas— los científicos han notado que algunas galaxias se mueven juntas en patrones extraños y a menudo inexplicables, como si estuvieran conectadas por una gran fuerza invisible.
Una galaxia que está solo a unos cuantos millones de años luz de otra puede afectarla gravitacionalmente de manera predecible, pero los científicos han observado patrones misteriosos entre galaxias distantes que trascienden dichas interacciones locales.
Estos descubrimientos sugieren la influencia enigmática de "estructuras a gran escala" que, como su nombre indica, son los objetos más grandes conocidos en el universo. Estas estructuras poco luminosas están hechas de gas de hidrógeno y materia oscura, y toman la forma de filamentos, láminas y nudos que unen galaxias en un vasto sistema llamado red cósmica. Sabemos que estas estructuras tienen implicaciones importantes para la evolución y los movimientos de las galaxias, pero apenas hemos arañado la superficie de la dinámica que las impulsa.
Los científicos están ansiosos por adquirir estos nuevos detalles porque algunos de estos fenómenos desafían las ideas más fundamentales sobre el universo.
"Es realmente la razón por la cual todos siempre están estudiando estas estructuras a gran escala", dijo Noam Libeskind, cosmógrafo del Instituto Leibniz de Astrofísica en Alemania. "Es una forma de explorar y limitar las leyes de la gravedad y la naturaleza de la materia, la materia oscura, la energía oscura y el universo".
¿Por qué las galaxias distantes se mueven al unísono?
Las galaxias tienden a formar cúmulos gravitacionalmente ligados que pertenecen a supercúmulos aún más grandes. Por ejemplo, la dirección cósmica de la Tierra debería constatar que la Vía Láctea es parte del Grupo Local, un conjunto de varias decenas de galaxias. El Grupo Local está dentro del supercúmulo de Virgo, que contiene más de 1.000 galaxias.
En estas escalas más "locales", las galaxias alteran con frecuencia los giros, las formas y las velocidades angulares de otras galaxias. A veces, una galaxia incluso logra comerse a otra, un evento conocido como canibalismo galáctico. Pero algunas galaxias muestran enlaces dinámicos a través de distancias demasiado grandes como para ser explicados por sus campos gravitacionales individuales.
Por ejemplo, en un estudio publicado en The Astrophysical Journal en octubre se halló que cientos de galaxias giraban en sincronía con los movimientos de otras galaxias que estaban a decenas de millones de años luz de distancia.
"Este descubrimiento es bastante nuevo e inesperado", dijo el autor principal, Joon Hyeop Lee, astrónomo del Instituto de Ciencia Espacial y Astronomía de Corea. "No he visto ningún reporte previo de observaciones o predicciones de simulaciones numéricas que se relacionen exactamente con este fenómeno".
Lee y sus colegas estudiaron 445 galaxias en un rango de 400 millones de años luz de la Tierra y notaron que muchas de las que giraban en dirección hacia la Tierra tenían vecinas que se movían hacia ésta, mientras que las galaxias que giraban en la dirección opuesta tenían vecinas que se alejaban de la Tierra.
"La coherencia observada debe tener alguna relación con las estructuras a gran escala, porque es imposible que las galaxias separadas por seis megaparsecs [aproximadamente 20 millones de años luz] interactúen directamente entre sí", explicó Lee.
Lee y sus colegas sugieren que las galaxias sincronizadas pueden estar incrustadas a lo largo de la misma estructura a gran escala, que gira con lentitud en sentido contrario a las manecillas del reloj. Esa dinámica subyacente podría causar la coherencia entre la rotación de las galaxias estudiadas y los movimientos de sus vecinos, aunque advirtió que se requiere mucha más investigación para corroborar los hallazgos y las conclusiones de su equipo.
Si bien esta iteración particular de galaxias extrañamente sincronizadas es novedosa, los científicos han observado coherencias extrañas entre galaxias a distancias aún más alucinantes. En 2014, un equipo observó curiosas alineaciones de agujeros negros supermasivos en los núcleos de los cuásares, que son antiguas galaxias ultraluminosas que se extienden por miles de millones de años luz.
Dirigidos por Damien Hutsemékers, un astrónomo de la Universidad de Lieja en Bélgica, los investigadores pudieron estudiar esta misteriosa sincronía al observar el universo cuando tenía solo unos cuantos miles de millones de años a través del Telescopio Muy Grande (VLT, por sus siglas en inglés). Las observaciones registraron la polarización de la luz de cerca de 100 cuásares, que el equipo utilizó para reconstruir la geometría y la alineación de los agujeros negros en sus núcleos. Los resultados mostraron que los ejes de rotación de 19 cuásares en este grupo eran paralelos, a pesar del hecho de que estaban separados por varios miles de millones de años luz.
El descubrimiento, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, es un indicador de que las estructuras a gran escala influyeron en las dinámicas de las galaxias a través de grandes distancias en el universo temprano.
"Se sabe que los ejes de giro de las galaxias se alinean con estructuras a gran escala, como los filamentos cósmicos, pero esto ocurre en escalas más pequeñas", dijo Hutsemékers en un correo electrónico, señalando que los estudios teóricos han propuesto algunas explicaciones tentativas de este proceso.
"Sin embargo, actualmente no hay explicación de por qué los ejes de los cuásares están alineados con el eje del gran grupo en el que están incrustados", señaló.
La verdad detrás de las galaxias sincronizadas podría cambiarlo todo
El secreto de estas galaxias sincronizadas puede representar una amenaza para el principio cosmológico, uno de los supuestos básicos sobre el universo. Este principio establece que el universo es básicamente uniforme y homogéneo a escalas extremadamente grandes. Pero la "existencia de correlaciones en los ejes de los cuásares en escalas tan extremas representaría una grave anomalía para el principio cosmológico", como señalan Hutsemékers y sus colegas en el estudio.
Sin embargo, Hutsemékers advirtió que sería necesario detectar y estudiar más estas estructuras para demostrar que se trata de una laguna grave en el principio cosmológico. "Se necesitan otras estructuras similares para confirmar una anomalía real", aseguró.
Por el momento, no podemos entender del todo la dinámica detrás de las posiciones de los cuásares porque hay pocas técnicas de observación para refinarlas. "En lo que respecta a las alineaciones a gran escala, básicamente estamos esperando más datos", dijo Hutsemékers. "Tales estudios son estadísticos y lograr un avance requeriría una gran cantidad de datos de polarización, que no son fáciles de reunir con los instrumentos actuales".
Próximos radiotelescopios, como el Square Kilometre Array, podrían ser capaces de explorar estas misteriosas alineaciones con mayor precisión.
Las alineaciones de cuásares no son los únicos obstáculos que las galaxias con una sincronización extraña representan para los modelos establecidos del universo. De hecho, actualmente uno de los debates más polémicos en la cosmología es la forma inesperada en que las galaxias enanas parecen alinearse perfectamente alrededor de galaxias anfitrionas más grandes, como la Vía Láctea.
Estas galaxias satélite son actualmente una piedra en el zapato para lo que se conoce como el modelo ΛCDM, que es una cronología teórica del universo desde el Big Bang. Las simulaciones del universo bajo el modelo ΛCDM predicen que las pequeñas galaxias satélites terminarán en un enjambre de órbitas aleatorias alrededor de galaxias anfitrionas más grandes.
Pero durante la última década, nuevas observaciones han revelado que una gran parte de las galaxias satélite alrededor de la Vía Láctea se sincronizan en un plano orbital ordenado. Al principio, los científicos se preguntaron si eso solo significaba que algo extraño estaba sucediendo con nuestra propia galaxia, pero luego observaron lo mismo en un plano similar de satélites alrededor de Andrómeda.
Las alarmas realmente comenzaron a sonar en 2015, cuando los astrónomos publicaron observaciones del mismo fenómeno por tercera vez alrededor de Centaurus A, una galaxia elíptica a unos 10 millones de años luz de la Vía Láctea.
Este descubrimiento "sugiere que hay algo mal con las simulaciones cosmológicas estándar", según un estudio posterior de 2018 publicado en Science, dirigido por Oliver Müller, astrónomo de la Universidad de Estrasburgo, en Francia.
"Hasta este momento, hemos observado esto en las tres galaxias más cercanas", dijo Müller en una llamada. “Por supuesto, siempre puedes decir que solo son tres, por lo que aún no es un dato estadístico. Pero demuestra que cada vez que tenemos buenos datos, hallamos este fenómeno, así que podría ser universal".
En un estudio de 2015, Libeskind y sus colegas sugirieron que los filamentos de la red cósmica podrían estar guiando a estas galaxias organizadas, un proceso que podría ser coherente con el modelo ΛCDM. Sin embargo, en última instancia, aún no hay una respuesta concluyente a este dilema.
"Una de las mejores cosas de la ciencia es que puedes construir un modelo con miles de datos, pero si algo no resulta, comienza a resquebrajarse", dijo Libeskind. "Esa grieta debe ser sellada o derribará toda la estructura".
La próxima generación de investigadores de galaxias
Esta incertidumbre ha motivado a astrónomos como Marcel Pawlowski, del Programa Schwarzschild de AIP y coautor del estudio de Science de 2018, a enfocarse en este problema en su investigación. Pawlowski espera con interés los datos de la próxima generación de observatorios enormes de 30 metros que podrían mostrar si otras galaxias grandes están rodeadas de patrones isotrópicos u organizados de galaxias satélite.
"Lo que tenemos que hacer ahora es expandir nuestra búsqueda a sistemas satelitales más distantes y encontrar galaxias satelitales, así como medir sus velocidades", reveló Pawlowski en una llamada.
"El campo ciertamente avanzó debido a este debate en la literatura", agregó Pawlowski. "Ha sido realmente bueno ver cómo la evidencia observacional es cada vez más sólida".
Ya sea por los extraños movimientos de las galaxias enanas en nuestro propio vecindario galáctico o la misteriosa alineación de las galaxias durante millones o miles de millones de años luz, está claro que los pasos de baile de las galaxias son una clave esencial para entender la estructura a gran escala del universo.
De hecho, las galaxias que vemos plasmadas en posiciones estáticas en las hermosas imágenes de campo profundo están guiadas por muchas fuerzas complejas que aún no comprendemos del todo, incluida la red cósmica que subyace al universo.
"Lo que más me gusta es que todavía estamos en la fase pionera", dijo Müller. "Es súper emocionante".
Becky Ferreira https://ift.tt/eA8V8J
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