By: Paul Sutter
Los astrónomos están obteniendo algunas respuestas a una antigua pregunta.
Durante décadas, los cosmólogos se han preguntado si la estructura a gran escala del universo es un fractal, es decir, si se ve igual sin importar cuán grande sea la escala. Después de completar estudios masivos de galaxias, los científicos finalmente tienen una respuesta: no, pero en cierto modo.
A principios del siglo XX, los astrónomos, comenzando con Edwin Hubble y su descubrimiento de la enorme distancia a Andrómeda , la galaxia más cercana a nuestra propia Vía Láctea , comenzaron a darse cuenta de que el universo es casi inimaginablemente vasto. También aprendieron que podemos ver galaxias esparcidas, tanto cercanas como lejanas. Y así, naturalmente, surgió una pregunta: ¿Existe algún tipo de patrón en la disposición de esas galaxias, o es totalmente aleatorio?
Al principio, parecía aleatorio. Los astrónomos vieron cúmulos de galaxias gigantes , cada uno con mil o más galaxias. Y también había grupos mucho más pequeños de galaxias y galaxias colgando solas. En conjunto, las observaciones hicieron que pareciera como si no hubiera un patrón general en el cosmos.
Y a los astrónomos les pareció bien. Durante mucho tiempo habían asumido una idea llamada principio cosmológico, es decir, que el universo es en su mayoría homogéneo (aproximadamente el mismo de un lugar a otro) e isotrópico (aproximadamente el mismo sin importar en qué dirección se mire). Un montón de galaxias y cúmulos aleatorios encajan perfectamente en ese principio.
Pero a fines de la década de 1970, los estudios de galaxias se volvieron lo suficientemente sofisticados como para revelar el comienzo de un patrón en la disposición de las galaxias. Además de los cúmulos, también había filamentos largos y delgados de galaxias. Había paredes anchas. Y luego estaban los vacíos, vastas extensiones de nada. Los astrónomos la llamaron la red cósmica . Este patrón violaría el principio cosmológico, porque significaría que grandes regiones del universo no se parecen a otras grandes regiones del universo.
Entonces, tal vez hubo más en la historia.
Un universo dentro de un universo
Una propuesta vino del matemático Benoit Mandelbrot , el padre de los fractales. Los fractales son frustrantemente difíciles de definir, pero pueden ser lo suficientemente simples de intuir: son patrones que se repiten sin importar cuánto acerques o alejes el zoom. Mandelbrot no inventó el concepto de fractales (los matemáticos habían estado estudiando patrones auto-similares durante siglos), pero acuñó la palabra “fractal” y marcó el comienzo de nuestro estudio moderno del concepto.
Los fractales están por todas partes. Si amplía la punta de un copo de nieve, verá copos de nieve en miniatura. Si amplía las ramas de un árbol, verá ramas en miniatura. Si amplía una línea costera, verá costas en miniatura. Los fractales nos rodean en la naturaleza, y las matemáticas de los fractales nos han permitido comprender una gran variedad de estructuras auto-similares en el universo.
Si los fractales están en todas partes, adivinó Mandelbrot, entonces quizás todo el universo sea un fractal. Quizás lo que vimos como el patrón en la disposición de las galaxias fueron los pasos iniciales del mayor fractal posible. Tal vez si construyéramos encuestas lo suficientemente sofisticadas, encontraríamos estructuras de anidación: redes cósmicas dentro de redes cósmicas, llenando todo el universo hasta el infinito.
Homogeneizado y pasteurizado
A medida que los astrónomos descubrieron más sobre la red cósmica, aprendieron más sobre la historia del Big Bang y encontraron formas de explicar la existencia de patrones a gran escala en el universo. Esas teorías predijeron que el universo todavía era homogéneo, solo en escalas mucho, mucho más grandes de lo que los astrónomos habían observado anteriormente.
La prueba definitiva de un universo fractal no llegaría hasta este siglo, cuando los estudios verdaderamente gigantescos, como el Sloan Digital Sky Survey, han podido mapear las ubicaciones de millones de galaxias, pintando un retrato de la red cósmica en escalas nunca observadas. antes de.
Si la idea del universo fractal es cierta, entonces deberíamos ver nuestra red cósmica local incrustada dentro de una red cósmica mucho más grande. Si está mal, entonces, en algún momento, la red cósmica debería dejar de ser una red cósmica, y una porción aleatoria y suficientemente grande del universo debería verse (estadísticamente) como cualquier otra porción aleatoria.
El resultado es homogeneidad, pero a una escala alucinante. Tienes que llegar a unos 300 millones de años luz antes de que el universo parezca homogéneo.
El universo definitivamente no es un fractal, pero partes de la red cósmica todavía tienen interesantes propiedades fractales. Por ejemplo, los grupos de materia oscura llamados “halos”, que albergan galaxias y sus grupos, forman estructuras y subestructuras anidadas, con halos que contienen subhalos y sub-subhalos dentro de ellos.
Por el contrario, los vacíos de nuestro universo no están completamente vacíos. Contienen algunas galaxias enanas tenues, y esas pocas galaxias están dispuestas en una versión sutil y tenue de la red cósmica. En las simulaciones por computadora, los sub-vacíos dentro de esa estructura también contienen sus propias redes cósmicas efervescentes.
Entonces, aunque el universo en su conjunto no es un fractal, y la idea de Mandelbrot no se mantuvo, todavía podemos encontrar fractales en casi todos los lugares donde miremos.
