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AGRUPACIONES DE GALAXIAS
Esta vista panorámica en 3-D de todo el cielo revela la distribución de las galaxias más allá de nuestra Vía Láctea. La distancia está representada por el color, con el azul indicando las más cercanas (z < 0,02), el verde las que están a distancias moderadas (0,02 < z < 0,04) y el rojo a las más distantes.
VACÍOS, ESTRUCTURAS LAMINARES Y FILAMENTOS
Agrupaciones galácticas y todo el Súper Racimo de Virgo, situado entre sus titánicos vecinos. Nubes de galaxias y enormes espacios vacíos rodean nuestro hogar.
Los agregados galácticos son super-estructuras cósmicas formadas por miles de galaxias. La materia bariónica del universo visible, se distribuye a lo largo de estructuras colosales que reciben el nombre de filamentos o muros según su forma quedando gran cantidad de regiones huecas sin apenas materia luminosa llamadas vacíos. Dichas estructuras están formadas por miles de agregados de galaxias de diferentes formas y tamaños. Estas colosales macroestructuras son las más recientes en la historia del universo. Dichas estructuras se mantienen cohesionadas por la fuerza de la gravedad pero la expansión acelerada del cosmos podría acabar imponiéndose, si no lo ha hecho ya, y detener la acumulación de materia. Los distintos agregados de galaxias que conforman el universo se llaman grupos, cúmulos y supercúmulos según su tamaño y número de galaxias que contienen. Van desde pequeños grupos con un decena de galaxias hasta grandes cúmulos de miles de galaxias. Los supercúmulos son estructuras más complejas formadas por centenares o miles de cúmulos galácticos interaccionando gravitatoriamente entre sí.
Azar o estructura. Buena pregunta. Pero reflexionemos sobre ella. Imaginémonos que las galaxias externas son sólo partículas esparcidas por el espacio del universo. Ahora bien, consideremos, entonces, a eso como un panorama general y, de ahí, nos brota la siguiente interrogante: ¿Están esparcidas las galaxias al azar como gotas de agua lluvia, o tiene su distribución una estructura. Los científicos articulados para el estudio del universo sólo se empezaron a hacer esa pregunta sobre la organización cósmica en los años 20 del siglo XX, cuando se hizo evidente que las galaxias eran sistemas estelares externos enormes de miles de años luz de diámetro, similares a nuestra Vía Láctea. Los astrónomos vieron que las galaxias tendían a acumularse en cúmulos como el de Hidra-Centauro y/o el vecino Cúmulo de Virgo e incluso a formar supercúmulos como se le atribuye, por algunos, esa categoría al conocido gran cúmulo el Pavo Real, constituyendo ello el primer indicio de que había una estructura organizativa entre las galaxias. El astrónomo Gérard de Vaucouleurs fue el primero que estudió, a principios de la década de 1950, la concentración local de galaxias, que él denominó el «supercúmulo local», al que pertenece la Vía Láctea. Del examen de la acumulación de galaxias nació un nuevo campo de investigación: el estudio de la estructura global del universo. Con el transcurrir del tiempo, el estudio de las galaxias expandidas por el universo observable ha permitido la elaboración de mapas bidimensionales del firmamento. Ello, ha significado el hecho de poder contar con un cuadro relativamente ajustado de la distribución de las galaxias, que podemos interpretar como una visión del cosmos a vista de pájaro. Si examinamos esos cuadros, vemos en ellos densos cúmulos de galaxias que forman nudos, vemos vacíos entre los nudos. Hay quienes ven indicios de una sutil estructura reticular filamentosa. Si la técnica utilizada es exacta, parece evidente por los mapas que hay una especie de estructura general en la distribución de las galaxias, a una escala de decenas de millones de años luz. No están esparcidas como gotas de lluvia. Pero a la escala de miles de millones de años luz (lo que percibiríamos si mirásemos el mapa con anteojos o gafas empañadas) el universo parece un lugar liso y sin estructuras. La única incógnita estructural es, a esas escalas de distancia, la de la geometría global del espacio, si es abierto o cerrado, incógnita sobre la que nos extenderemos en los capítulos, en los cuales nos lanzaremos a abordar de lleno la cosmología. A los finales del siglo XX, y en los principios del nuevo milenio es obvio que disponemos de muchísimos más datos de los que se tenían en la década de 1950; sin embargo, no existe consenso respecto a la estructura global del universo. Las dos posiciones más polarizadas en este debate, desde hace tiempo, las ocupan los que llamaremos «jerarquicistas» y los «fílamentistas». Los jerarquicistas creen que existe una «acumulación jerárquica» de galaxias desde dimensiones relativamente pequeñas de varios diámetros galácticos hasta las distancias mayores. Pequeños grupos de galaxias se unen para componer grupos mayores y esos grupos mayores se unen para forman grupos mayores aún, en una continuada jerarquía de cúmulos. Por el contrario, los «fílamentistas» consideran que existen pruebas firmes de la existencia de filamentos cósmicos formados por densas hileras de galaxias a la escala supercumular, con grandes vacíos intermedios. La distinción entre esas dos posturas extremas no siempre es absolutamente precisa, dado que desviaciones de la acumulación uniforme podrían parecer filamentos y los filamentos densos y difusos parecer una serie jerárquica uniforme de cúmulos. Los recientes análisis de datos parecen dar la razón a los fílamentistas, y la mayoría de los astrónomos adoptan esa posición. Pero hay quienes sostienen que aparecen los filamentos debido a que se utilizan métodos poco objetivos (se eligen las galaxias que apoyan el propio punto de vista). Es un poco como leer en las hojas de té, uno observa una distribución aleatoria y ve lo que desea ver. Desde hace mucho tiempo se han buscado con evidencias duras estructuras mayores que los cúmulos de galaxias. En un cierto número de casos pareciera que un pequeño número de cúmulos constituyen una estructura mayor, de forma filamentosa o aplanada. Existen por lo tanto, razonablemente verificados, un cierto número de supercúmulos de galaxias, pero lo que sí no se ha podido observar son estructuras mayores acoplando galaxias, cúmulos y supercúmulos. Por otro lado, estudios sistemáticos, bastante recientes, de un gran número de galaxias en una cierta dirección del cielo, han entregado evidencias de que en el espacio existen grandes agujeros, es decir, zonas inmensas totalmente despobladas. Un ejemplo de lo anterior, es el aparente peladero totalmente despoblado que se puede ver que abarca una región de 200 millones de años luz más allá de la constelación El Boyero de nuestra Galaxia. Esto parece dar la razón a los fílamentistas, que afirman que entre los filamentos tiene que haber grandes vacíos. Pero se debe consignar, que aún no se sabe si los vacíos son verdaderamente zonas de muy baja densidad; lo que sí se puede decir con seguridad es que son zonas con una densidad de galaxias normales mucho menor que lo usual. ¿Por qué tienen tanto interés los físicos y astrónomos en definir una estructura general del universo, un interés que va más allá del deseo de conocer dicha estructura sólo por la estructura en sí? Los científicos que focalizamos nuestro trabajo para intentar descifrar los enigmas del cosmos sabemos que la estructura general del universo proporcionaría la clave básica para explicar su naturaleza. Ello se basa en dos puntos importantes y relacionados: la existencia de materia oscura y el origen y la evolución de las galaxias. Hay buenas razones para desear una lectura correcta de las hojas de té cósmicas. A la luz de los vacíos intergalácticos el universo se asemejaría a un queso suizo, con grandes burbujas de materia oscura. Los cúmulos de galaxias estarían situados en las interacciones de varias burbujas, pudiendo en algunos casos, formar una estructura aplanada o filamentosa, que correspondería a los supercúmulos. Sin embargo, lo anterior es posible que se rescriba en los próximos años. En este tema, es posible que las actuales explicaciones y especulaciones sean superadas sustancialmente, dado el advenimiento de nuevos y más poderosos instrumentos de observación. En todo caso los grandes vacíos del universo constituyen uno de los acontecimientos enigmáticos en el campo de la cosmología observacional.
GRUPOS DE GALAXIAS
Galaxias del Grupo HCG 87 Los grupos de galaxias son los menores agregados de dichos objetos. Tienen las siguientes propiedades:
El grupo que contiene nuestra galaxia, la Vía Láctea, es el llamado Grupo Local que consta de más de 40 galaxias.
CÚMULOS DE GALAXIAS
Los cúmulos de galaxias son más grandes que los grupos, aunque no hay una línea divisoria definida entre ambas categorías. Al ser observados visualmente, los cúmulos aparecen como colecciones de galaxias autosostenidas por la atracción gravitacional. Sin embargo, sus velocidades son demasiado grandes para que sigan gravitacionalmente limitadas por sus fuerzas de atracción mutuas. Esta observación demuestra la implicación de la presencia de un componente adicional invisible. Observaciones en rayos X han revelado la presencia de una gran cantidad de gas intergaláctico o intracúmulo. Este gas es muy caliente, alrededor de 108K, por lo tanto emite en una frecuencia alta, rayos X. La masa total del gas es mayor que la de todas las galaxias del cúmulo por un factor 2. Sin embargo, este gas sigue siendo insuficiente para mantener la cohesión gravitatoria de los cúmulos. Puesto que el gas intracúmulo está en equilibrio aproximado con el campo gravitacional de todo el cúmulo, su distribución en él permite calcular la forma de dicho campo y, por ende, la masa total del cúmulo. Resulta que la masa total deducida es mucho más grande que la masa de las galaxias y del gas caliente juntos. La componente que falta no puede ser otra que la materia oscura cuya naturaleza es aún desconocida. En un cúmulo típico aproximadamente solo el 5% de la masa total se encuentra en forma de galaxias, un 10% en forma de gas caliente intracúmulo y el 85% restante es materia oscura. En los cúmulos predominan las galaxias elípticas e irregulares fruto de la interacción de galaxias. También son comunes las galaxias lenticulares que se sospecha en bastantes casos pueden proceder de galaxias espirales que han perdido su gas y por tanto su capacidad de formar estrellas debido al rozamiento causado por su movimiento a través del gas intergaláctico y/o interacciones con otras galaxias del cúmulo.
Dinámica La dinámica de los cúmulos galácticos es un tanto peculiar. Se los puede considerar como un gas de galaxias donde las partículas que lo componen en vez de ser átomos o moléculas son galaxias. Ese gas tiene unas condiciones particulares puesto que las galaxias se atraen entre sí con fuerza mientras que las partículas atómicas no lo hacen. Un gas normal tiende a expandirse y ocupar el máximo espacio mientras que los cúmulos galácticos no solo tienden a expandirse sino que también tienden a colapsar por su propia gravedad. Esto hace que se hallen en un delicado equilibrio entre su dispersión de velocidades y su masa. Cuanta más masa tenga el cúmulo más alta será la velocidad de escape. Así mismo, más masa implica mayores fuerzas gravitatorias lo que conlleva mayores aceleraciones y mayores velocidades. Así pues, en los cúmulos más masivos las galaxias que lo componen se mueven más deprisa unas respecto a otras que en los menos masivos. Es el propio campo de gravedad el que confina a las galaxias en un volumen de espacio determinado de la misma manera que las paredes de un recipiente hermético confinan el aire de su interior.
Evolución La evolución de los cúmulos puede tomar dos rumbos. Unos tienden a concentrar más materia agregando pequeños grupos y otras galaxias individuales lo cual los lleva compactarse cada vez más y a adquirir una forma esferoidal. A la vez que dicho cúmulo fagocita galaxias y grupos el núcleo del cúmulo canibaliza galaxias de éste convirtiéndose su centro en una o más galaxias elípticas gigantes que mantiene a las demás orbitando a su alrededor. Otros cúmulos menos ligados gravitatoriamente pueden evolucionar de forma distinta. Estadísticamente siempre hay alguna galaxia capaz de alcanzar la velocidad de escape para salir del cúmulo. Estos cúmulos empiezan a perder galaxias y a medida que pierden masa la velocidad de escape disminuye lo que acelera la pérdida de más galaxias provocando la fragmentación del mismo hasta su total dilución. Este proceso puede venir motivado por la presencia de cúmulos mayores en las cercanías los cuales acabarán por engullir al pequeño.
Así pues los cúmulos tienen las siguientes propiedades:
Algunos cúmulos galácticos notables en nuestras cercanías son el Cúmulo de Virgo hacia el cual nos dirigimos y el Cúmulo de Coma
SUPERCÚMULOS DE GALAXIAS
Los supercúmulos son grandes agrupaciones de pequeños cúmulos de galaxias, y se encuentran entre las estructuras más grandes del Universo. La existencia de supercúmulos indica que las galaxias en nuestro Universo no están uniformemente distribuidas; la mayoría de ellas se agrupa en grupos y cúmulos, cada grupo conteniendo hasta 50 cúmulos y cada cúmulo varios miles de galaxias. Dichos grupos y cúmulos, al igual que otras galaxias aisladas, a su vez forman estructuras más grandes llamadas supercúmulos. Los supercúmulos varían en tamaño, hasta unos 108 años luz. No se conoce que existan cúmulos de supercúmulos, pero se debate sobre la existencia de estructuras mayores. Entremezclados entre los supercúmulos hay grandes espacios vacíos en los cuales existen pocas galaxias. A pesar de que los supercúmulos son las mayores estructuras confirmadas, el número total de supercúmulos deja aún posibilidades sobre la distribución estructural; el total de supercúmulos en el universo se estima que ronde los 10 millones. Frecuentemente, los supercúmulos son subdivididos en grupos de cúmulos llamados nubes de galaxias.
Supercúmulos cercanos
VACÍOS, ESTRUCTURAS LAMINARES Y FILAMENTOS.
El survey de galaxias CfA muestra la estructura a gran escala hasta distancias del orden de 150 Mpc, esto es un 2% de la distancia hasta el borde del universo observable. Nosotros estaríamos situados en el centro y la zona donde no hay galaxias representadas corresponde principalmente a la proyección del plano de la Vía Láctea. La posición de las galaxias están representadas por puntos blancos y las enormes estructuras filamentosas y laminares son tan evidentes como los vacíos entre ellas a modos de pompas de jabón.
Los surveys de galaxias de desplazamientos al rojo elevados revelan una estructura de pompas de jabón, metafóricamente hablando, con las galaxias básicamente confinadas en estructuras laminares y filamentosas. Los vacíos son la característica observable dominante (ocupando el 90% del espacio) con diámetros típicos de unos 25 Mpc y llegando a monstruos del tipo del vacío de Bootes con un diámetro de algo más de 120 Mpc. También destacan estructuras laminares como la “Gran Muralla” con unas dimensiones del orden de unos 100 Mpc. La Gran Muralla La Gran Muralla es la segunda superestructura conocida más grande del Universo. Compuesta de galaxias, está aproximadamente a 200 millones de años luz; sus dimensiones sobrepasan los 500 millones de años luz de largo, 300 millones de años luz de ancho y 15 millones de años luz de espesor. Fue descubierta en 1989 por Margaret Geller y John Huchra, usando los datos de un sondeo de corrimiento al rojo. No se sabe cuánto más se extiende la muralla, ya que el gas y el polvo existente en el plano de la Vía Láctea oscurece la visión. Esto, por el momento, ha impedido determinar si la muralla tiene fin o si continúa más allá de lo que podemos observar al presente. En cuanto al origen de la Gran Muralla, actualmente se piensa que dichas estructuras se forman a lo largo y siguiendo hilos de materia oscura en forma de redes. Es dicha materia oscura la que dicta la estructura del Universo a gran escala. La materia oscura atrae gravitacionalmente la materia normal, y es esta materia normal la que vemos formando largas y delgadas murallas, o paredes, de supercúmulos galácticos.
Gran Muralla Sloan
La gran muralla Sloan en una reconstruction de las partes internas de 2dF Galaxy Redshift Survey. La gran muralla Sloan es una pared gigante galáctica que puede ser la estructura conocida más grande del universo. Su descubrimiento fue anunciado el 20 de octubre de 2003 por J. Richard Gott III y Mario Jurić, de la Universidad de Princeton, junto con sus colegas, basados en datos del cielo Survey. La pared mide 1.370 millones de años luz de longitud (unos 13.000 trillones de kilómetros, o 13 por 10 elevado a 21 km) y está situada aproximadamente a mil millones años luz de la tierra. La gran pared de Sloan es casi tres veces más grande que la Gran Muralla, descubierta por Margaret Geller y Juan Huchra de Harvard en 1989.
EL GRUPO LOCAL
Mapa parcial galáctico del Grupo Local Se denomina Grupo Local al grupo de galaxias en el que se encuentra la nuestra, la Vía Láctea. Está dominado por dos galaxias espirales gigantes, Andrómeda y la Vía Láctea. El resto de galaxias, unas 30, son más pequeñas; muchas de ellas son galaxias satélite de una de las mayores. Las galaxias libres giran en torno al centro de masas del grupo, situado entre Andrómeda y la Vía Láctea. Además, nuestro Grupo Local está contenido dentro del supercúmulo de Virgo, cuyo centro gravitatorio es el denominado Gran Atractor, hacia el cual se dirige el Grupo Local. Dentro del Grupo Local, se conocen tres sistemas dominados por galaxias masivas actuando como centros de gravedad, y varias galaxias actuando como satélites:
Un miembro del Grupo Local de galaxias, galaxias irregulares Sextante A es de 4,3 millones de años luz de distancia. Las luminosas estrellas de primer plano Vía Láctea aparecen de color amarillento en esta vista. Más allá de ellos se encuentran las estrellas del Sextante A con niños pequeños cúmulos de estrellas azules claramente visibles.
GALAXIAS MIEMBROS DEL GRUPO LOCAL
SUPERCÚMULO DE VIRGO
El Supercúmulo de Virgo, o Supercúmulo Local, es el supercúmulo de galaxias que contiene al Grupo Local y con él, a nuestra galaxia, la Vía Láctea. Tiene la forma de un disco plano, con un diámetro de 200 millones de años luz. El supercúmulo contiene alrededor de 100 grupos y cúmulos de galaxias, y está dominado por el cúmulo de Virgo, localizado cerca de su centro. El Grupo Local está localizado cerca del borde del cúmulo de Virgo, al cual es atraído. Por el efecto gravitatorio que ejerce en el movimiento de las galaxias, se estima que la masa total del Supercúmulo de Virgo es de 1015 masas solares (2 × 1046 kg). Debido a que su luminosidad es demasiado pequeña para dicha cantidad de estrellas, se piensa que una cantidad considerable de su masa está compuesta de materia oscura.
Distancias desde el grupo local para los grupos seleccionados y los grupos en el Supercúmulo Local Se sospecha que, en la medida que los cúmulos se agrupan en supercúmulos, asimismo los supercúmulos se agrupan en hipercúmulos. Estos últimos debe ser las segundas estructuras más grandes del Universo, después de la Gran Pared. Una anomalía gravitacional conocida como el Gran Atractor existe en alguna parte dentro del supercúmulo local. Mapas del supercúmulo de Virgo:
Ver mapas interactivos del supercúmulo de Virgo
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