Definition and Structure

Para identificar un supervacío

que pudiera justificar la mancha fría del CMB, el autor y sus cola- boradores examinaron los catálo- gos de galaxias obtenidos por los proyectos WISE, 2MASS y Pan- STARRS. Ello les permitió obte- ner la posición celeste de un gran número de galaxias. Sin embargo, determinar la existencia de un vacío cósmico exige conocer tam- bién la distancia a cada galaxia. A tal fin, los investigadores exa- minaron los colores ópticos de cada una, lo que permite estimar cuánto se ha desplazado su luz hacia el extremo rojo del espectro. Este efecto se debe a la expansión del universo: cuando el espacio se estira, también lo hace la lon- gitud de onda de la luz que viaja a través de él. Cuanto mayor es el desplazamiento al rojo de una galaxia, mayor es su distancia a la Tierra. Al combinar la posición celeste y la distancia estimada de las galaxias, los autores obtuvie- ron un mapa tridimensional de la distribución de galaxias en la dirección de la mancha fría.

o b s e rvac i o n e s 3000 m illones d e año s luz CMB

La imagen no se reproduce a escala

TOMOGRAFÍA CÓSMICA

Los investigadores dividieron su mapa tridimensional de galaxias en una serie de secciones planas correspondientes a distintas distancias a la Tierra. En cada una de ellas (izquierda),

el color indica la densidad de galaxias: las áreas rojas representan zonas más densas, mientras que las azules muestran regiones relativamente

desiertas. El centro de las imágenes coincide con el de la mancha fría del CMB. Los círculos blancos corresponden a radios de 5

y 15 grados desde el centro de la mancha fría (como referencia, la Luna abarca medio grado). El contorno negro traza la forma aproximada de la mancha fría; los rojos indican otras estructuras prominentes en el mapa del CMB.

RECONSTRUCCIÓN TRIDIMENSIONAL

Los autores crearon tres imágenes para obte- ner la densidad de galaxias en tres intervalos de distancia: con un desplazamiento al rojo menor que 0,09 (hasta 1240 millones de años luz), entre 0,11 y 0,15 (entre 1500 y 1900 millones de años luz) y entre 0,17 y 0,22 (entre 2300 y 3000 millones de años luz). La imagen más cercana no muestra ningún vacío, mientras que la última parece contener uno, aunque probablemente demasiado aleja- do del centro como para corresponder a la mancha fría. Sin embargo, la imagen interme- dia presenta una amplia zona desierta básica-

mente centrada en la mancha fría. Desplazamiento al rojo: 0,09

0,17–0,22 0,11–0,14

Vacío (azul)

necesitábamos asignar distancias a dichas galaxias. Una forma de estimar cuán lejos se encuentra una galaxia consiste en me- dir su desplazamiento al rojo; es decir, en qué proporción se ha alargado la longitud de onda de su luz como consecuencia de la expansión cósmica. Cuanto más lejos se halla una galaxia, más rápido se aleja de nosotros y, por tanto, más acusado es su desplazamiento al rojo. Aunque no teníamos acceso a medicio- nes precisas del desplazamiento al rojo de nuestras galaxias, sí podíamos obtener una estimación aproximada analizando sus colores y comparando los datos con nuestras suposiciones sobre cómo debería ser el brillo «sin desplazar» en las distintas bandas cromáticas observadas.

Finalmente, logramos asignar una distancia a cada una de las galaxias en la dirección de la mancha fría y confeccionamos una serie de secciones tomográficas: imágenes bidimensionales del universo correspondientes a distintas distancias desde la Tierra. El primer conjunto de ellas mostraba el aspecto de una manzana cortada en rebanadas verticales, lo que revelaba un supervacío aproximadamente esférico, más acusado en su parte central. Al parecer, ese vacío descomunal había estado escon- dido muy cerca de nosotros, a apenas 3000 millones de años luz de distancia, y esa era la razón por la que había resultado tan difícil dar con él.

Durante los meses siguientes revisamos la estadística de nuestros datos: las pruebas a favor del supervacío eran contun- dentes. En otras palabras, estamos firmemente convencidos de la existencia de una gigantesca región de baja densidad alineada con la mancha fría del CMB. Se trata, de hecho, de un vacío des- comunal: con un diámetro de unos 1800 millones de años luz, posiblemente sea la mayor estructura cósmica jamás observada. Y también una de las más exóticas: las teorías cosmológicas apuntan a que, en todo el universo observable, solo debería de haber unos pocos supervacíos similares.

ENTENDER LA MANCHA FRÍA

Por fin habíamos encontrado nuestro supervacío. Ya sabíamos, a partir de nuestros estudios anteriores, que los vacíos y los cúmulos causan un efecto detectable en el CMB, dando lugar a pequeñas zonas frías y calientes. Y el supervacío que había- mos encontrado se encontraba, efectivamente, alineado con la anomalía más significativa del CMB. Problema resuelto, ¿no?

No del todo. La mera presencia del supervacío alineado con la mancha fría no basta para concluir que el primero es causa directa de la segunda. Podría ocurrir, por ejemplo, que el ali- neamiento fuese fruto de la casualidad, si bien nuestros análisis

supervacío se encuentra en el lugar adecuado para explicar la mancha fría, no reviste el tamaño necesario. Para justificar por qué la temperatura de la mancha fría está tan por debajo del promedio, el supervacío tendría que ser aún mayor de lo que parece, quizá el doble o el cuádruple. Semejante discrepancia resulta tan difícil de digerir que algunos expertos opinan que la mancha fría no es más que un mero accidente y que deberíamos buscar otras explicaciones; por ejemplo, que las galaxias están emitiendo menos radiación hacia el espacio de lo que creemos, un fenómeno que hasta cierto punto podría confundirse con el efecto ISW. Además, si bien nuestras observaciones muestran claramente la existencia del supervacío, no nos es posible deter- minar su tamaño, forma y posición con la certeza suficiente para hacer un cálculo preciso de la magnitud del efecto que cabría esperar. En concreto, si la forma del supervacío estuviera alar- gada en nuestra dirección, o si varios vacíos esféricos estuvieran «apilados» uno detrás de otro en la dirección de la mancha fría (como en un muñeco de nieve), sería mucho más fácil que el vacío explicase su presencia. Por ende, aún no sabemos hasta qué punto el tamaño del supervacío supone una dificultad para nuestra teoría.

Necesitamos más datos. Ahora estamos planeando repetir nuestro estudio para toda el área del cielo que ha sido cartogra- fiada con el PS1, en lugar de para la primera sección parcial, usan- do además observaciones mejoradas para reducir los errores de medida. Con ese nuevo conjunto de datos, podremos cuantificar la divergencia entre la teoría y las observaciones para determinar si es necesario replantearnos nuestras ideas sobre el efecto ISW y los vacíos. Tal vez esta discrepancia nos ponga sobre la pista de algo interesante. Por ejemplo, cierta clase de teorías alternativas de la gravedad, que se apartan de la relatividad general, predicen una huella única que solo podría apreciarse en los vacíos. Y, en caso de que alguna de esas teorías resultase ser correcta, el mecanismo ISW podría actuar también de manera diferente. Si nuestro supervacío nos hubiera proporcionado un indicio de ello, estaríamos ante una emocionante oportunidad para entender el universo a un nivel más profundo.

En todo caso, el hallazgo del supervacío nos está brindando información sobre aspectos físicos relevantes. Quizá proporcione una prueba de la existencia de la energía oscura, o tal vez nos revele algo aún más sorprendente sobre el funcionamiento de la gravedad. A lo largo de los próximos años seguiremos apren- diendo más sobre el supervacío y, con ello, sobre la naturaleza de nuestro universo.

Detection of a supervoid aligned with the cold spot of the cosmic microwave background. István Szapudi et al. en Monthly notices of the Royal

astronomical society, vol. 450, n.o _{1, págs. 288-294, junio de 2015.}

Disonancia cósmica. Glenn D. Starkman y Dominik j. Schwarz en iyc, octubre

de 2005.

Defectos del universo. Marcos Cruz en iyc, abril de 2010.

EN NUESTRO ARCHIVO PARA SABER MÁS universo, un monográfico de

nuestra colección Temas con el que podrás profundizar en los fundamentos de la cosmología moderna, sus principales líneas de investigación y los grandes retos a los que aún debe hacer frente.

Diez años después de su descubrimiento,