La cosmología está en crisis y quizá nos lleve a una nueva física

¿Cómo es la estructura a gran escala de nuestro universo. Si hubiera una palabra que la describiera, esa sería “espumoso”. La astrofísica de Harvard, Margaret Geller, lo explicó con una frase memorable: “El universo local se parece a un fregadero lleno de agua con jabón de lavar los platos”.

Hasta mediados del siglo XX esta idea algo parecido a una locura pues entre los cosmólogos dominaba la idea de que vivíamos en un universo homogéneo e isótropo a escala extragaláctica. ¿Qué quiere decir esto? Por un lado que seríamos incapaces de distinguir dos regiones distantes del universo y de tamaño semejante (homogéneo); por otro, que da igual en qué dirección miremos: el universo se va a ver igual (isótropo).

Para los astrónomos era algo tan obvio que cuando a finales de los años 20 el sueco Knut Lundmark señaló que según las observaciones las galaxias espirales parecían “apiñarse en torno a un cinturón perpendicular a la Vía Láctea” nadie le hizo ni caso. Treinta años después, al francés Gérard de Vaucouleurs le pasó lo mismo. Gracias a sus observaciones realizadas desde el hemisferio sur descubrió que nuestra Galaxia estaba situadas en el borde de un sistema mucho mayor, que además vemos de perfil. Parecía como si las galaxias formasen una banda que recorría el cielo de norte a sur y donde la Vía Láctea ocupa una posición arrabalera, como el Sol en la Galaxia. De Vaucouleurs pensó que había descubierto una estructura por encima de las galaxias y la llamó Supergalaxia Local. Nadie le hizo mucho caso y costó más de 25 años para que la comunidad astronómica aceptara su descubrimiento.

Nuestra ciudad cósmica

Hoy sabemos que la Vía Láctea pertenece a un pequeño cúmulo de galaxias que llamamos el Grupo Local, formado por unas 30 galaxias dispersas en una región de 3 a 4 millones de años-luz. Dentro de los estándares de los cúmulos de galaxias, el nuestro es bastante modesto, mientras que hay otros, como el cúmulo de Virgo, el más cercano a nosotros -situado a 50 millones de años-luz- contiene varios millares de galaxias.

Todas estas observaciones nos ayudan a entender cómo es la jerarquía del universo: las estrellas se agrupan en galaxias, y éstas en cúmulos. Curiosamente estos no se han formado en regiones solitarias, sino en compañía de otros. De este modo, centenares de galaxias forman puentes entre cúmulos para formar estructuras más grandes: los supercúmulos, con una masa de, al menos mil billones de soles.

Megaestructuras

Claro que al universo parece que le gusta jugar con los cosmólogos y en 1986 los astrónomos encontraron que el Grupo Local se dirige hacia un punto situado en la dirección de las constelaciones de Hidra y Centauro: es la anomalía gravitatoria conocida con el nombre del Gran Atractor, que encierra una masa de 10 000 billones de soles y que se encuentra entre 150 y 250 millones de años-luz de nosotros. Pero es que mirando hacia el otro lado del Gran Atractor, a 200 millones de años-luz de aquí, tenemos la Muralla de Coma o Gran Muralla CfA2, descubierta en 1989: un filamento de galaxias cuyas dimensiones son 500 millones años-luz de larga, 330 millones de ancha y “sólo” 15 millones de años-luz de grosor.

Pero las cosas no se acabaron aquí. En 2003 los astrónomos de la Universidad de Princeton anunciaban el descubrimiento de una estructura aún mayor: la Gran Muralla de Sloan. Es 2,75 veces más grande que la de CfA2: situada a 1 000 millones de nosotros, su diámetro es 1/60 del universo visible. Y contra todo pronóstico en 2013 se anunciaba la existencia de un verdadero monstruo, la mayor estructura conocida hasta la fecha, la Gran Muralla de Hércules-Corona Boreal. Es un verdadero monstruo, algo inconcebible. Mide más de 10 000 millones de años-luz de largo, 7 200 millones de años-luz de ancho y tiene 700 millones de grosor. Eso quiere decir que ocupa la novena parte del universo visible. ¿Cómo puede existir algo así? No hay ninguna teoría que explique su existencia. Como dijo el astrónomo Jon Hakkila “no debería estar ahí, pero ahí está”.

Murallas y anillos

Los astrónomos no han dejado de encontrar megaestructuras que desafían toda explicación. La última se descubrió en enero de 2024. Apodada el «Gran Anillo», se extiende a lo largo de 1 300 millones de años-luz de diámetro y forma una circunferencia de unos 4 000 millones de años-luz. Se encuentra cerca de otra inmensa superestructura, el «Arco Gigante en el Cielo», que es aún mayor, con un diámetro de 3 300 millones de años luz.

El problema es que hay indicios de estructuras aún más grandes. Algunos astrónomos hablan de la existencia de un «flujo oscuro» que representa el movimiento aparente de muchas galaxias en el universo visible. Este movimiento parece fluir en una dirección preferida, como si algo sobre el horizonte cósmico estuviera atrayendo a las galaxias en una dirección. Sin embargo, la solidez de las pruebas de la existencia de un flujo oscuro es, cuando menos, controvertida.

¿El fin de la cosmología como la conocemos?

Todos estos descubrimientos ponen en jaque a las teorías cosmológicas modernas, que predicen que las estructuras más grandes que podrían formarse deberían tener, como máximo, 1 200 millones de años luz de longitud. Todas las estructuras anteriores dejan muy atrás ese límite, lo que contradice al Principio Cosmológico, esa hipótesis que mencionábamos al principio y que dice que el universo es homogéneo e isótropo a distancias suficientemente grandes, un principio central del Modelo Estándar de Cosmología. La cuestión es dónde colocamos la frontera de “suficientemente grande”.

Con Da Vaucouleurs los cosmólogos la tenía a la escala de las galaxias, y con las últimas teoría cosmológicas eso debe ser alrededor de los 1 000 millones de años-luz. A esto lo llaman el Final de la Grandeza, el momento en que toda estructura cósmica desaparece y el universo se convierte en un lugar homogéneamente aburrido. Y este es el gran problema: existen numerosas estructuras que sobrepasan con crecer este límite, llegando incluso, como la Gran Muralla de Hércules-Corona Boreal a ser 8 veces más grande. El problema es de calado: que no sólo es difícil entender cómo se formaron, sino que también es difícil cómo pudieron romper el Principio Cosmológico. O si tenemos que tirar a la basura este principio. Seguro que todas ellas nos están queriendo decir algo importante, ¿pero qué, exactamente?

Una posibilidad es que insinúen formas exóticas de la física conocida, o quizá apunten a una nueva física. ¿Podrían haber aparecido como el ‘eco’ en forma de ondas gravitacionales de un universo anterior? Esto es lo que defiende el premio Nobel de Física Sir Roger Penrose, profesor emérito de la Universidad de Oxford, con su modelo Cosmología Cíclica Conforme que dice que vivimos en un universo cíclico. O quizá sean la prueba de la existencia de cuerdas cósmicas, unos hipotéticos defectos unidimensionales en el espacio-tiempo que se cree que se formaron durante el Big Bang. Las cuerdas cósmicas podrían extenderse potencialmente a lo largo de miles de millones de años luz y, sin embargo, ser más estrechas que el ancho de un protón: si existen las cuerdas cósmicas, podrían afectar la forma en que se agrupa la materia. ¿O quizá necesitamos de una nueva cosmología?

No sería la primera vez: solo debemos recordar que en 1998 descubrimos que el universo acelera y tuvimos que cambiarlo todo.