Laniakea y nuestros supercúmulos vecinos revelados gracias a las velocidades peculiares

• Título del artículo original: Watersheds of the Universe: Laniakea and five newcomers in the neighborhood.
• Autoría: Alexandra Dupuy y Hélène M. Courtois.
• Institución de la primera autora: Korea Institute for Advanced Study, Republic of Korea.
• Estado de la publicación: enviado a Astronomy & Astrophysics, acceso abierto en arxiv.

Si les pregunto por su lugar de residencia seguramente me respondan nombrando su calle, pueblo, región, país o incluso continente. A escalas mucho mayores también serían válidas como respuesta la Tierra, el Sistema Solar o la Vía Láctea. Pero podemos ir más allá, porque al igual que las estrellas se agrupan en galaxias, las propias galaxias forman conjuntos mucho mayores.

¿Cuál es la agrupación más grande conocida?

Las galaxias pueden agruparse en cúmulos de Galaxias. Por ejemplo: la Vía Láctea, Andrómeda y la Galaxia del Triángulo, junto con más de 40 galaxias más pequeñas forman el cúmulo llamado Grupo Local (Figura 1). A su vez, los cúmulos de galaxias pueden agruparse formando supercúmulos. De hecho, si seguimos “quitando zoom” encontramos que a grandes escalas el Universo parece organizarse en lo que se conoce como red cósmica: zonas de alta densidad de materia conectadas mediante estructuras filamentosas, pero dejando también grandes espacios vacíos.

La cosmografía es la ciencia que se dedica a mapear y medir el Universo a grandes escalas. Pero el caso es que aunque determinar la frontera de un planeta o un sistema planetario pueda ser más o menos sencillo, la cosa se complica cuando hablamos de estructuras tan enormes como los supercúmulos de galaxias. La intuición podría sugerir que acaban donde se “deja de ver” materia, pero esta definición puede ser engañosa ya que cuanto más distantes y menos brillantes son las galaxias más difícil es detectarlas, así que podríamos estar subestimando el tamaño del supercúmulo.

Un nuevo método para delimitarlos a todos

El artículo en el que nos centramos hoy se basa en un método más reciente para determinar los límites de supercúmulos. De hecho, una de sus primeras aplicaciones permitió descubrir en 2014 que las fronteras de nuestro supercúmulo Local (también llamado de Virgo) eran en realidad mucho más amplias de lo esperado. Resulta que vivimos en el gigantesco supercúmulo Laniakea ( “cielo abierto” o “ inmenso” en hawaiano), más de cinco veces mayor que el de Virgo.

La base del método consiste en cartografiar el vecindario cósmico fijándonos en las velocidades de las galaxias, aunque no en cualquier componente de la velocidad: debido a la expansión del Universo (por la ley de Hubble-Lemaître) todas las galaxias se alejan de la nuestra, así que si medimos sus velocidades estarán dominadas por esa velocidad de expansión. Pero en realidad todas las galaxias sufren también perturbaciones gravitacionales generadas por sus vecinas. Es decir, aunque el movimiento mayoritario sea de expansión, también tienen movimientos locales que tenderán a agruparlas según la zona en que se encuentren. Este es precisamente el origen de agrupaciones como los cúmulos o supercúmulos de galaxias, generando una velocidad peculiar que podemos obtener restando la velocidad de expansión a la velocidad medida de una galaxia. Y esta es la componente de la velocidad que se necesita conocer para este trabajo, ya que permite averiguar hacia dónde se mueven las galaxias si descontamos el efecto de la expansión del Universo.

Lo que se encuentra es que tienden a desplazarse hacia zonas denominadas “cuencas de atracción”, alejándose de otras llamadas “cuencas de repulsión”. Este fenómeno permite dividir el espacio por zonas donde las galaxias tienden a sentirse gravitacionalmente atraídas, de manera que tienen un movimiento “hacia adentro”. De hecho, se suele hacer un símil con lo que en geografía terrestre se llaman cuencas hidrográficas (Figura 2, izquierda): zonas en la que todas las corrientes de agua fluyen hacia la misma desembocadura. De acuerdo con esta analogía un supercúmulo de galaxias sería como una cuenca hidrográfica donde los “ríos” serían las trayectorias de galaxias desplazándose hacia un punto atractor que actúa como “desembocadura”. Así, los límites del supercúmulo serían las zonas elevadas que bordean la cuenca hidrográfica, donde el agua (las galaxias) empieza a moverse hacia un lado o el otro.

Confirmación dinámica de supercúmulos

Basándose en este enfoque el artículo de hoy presenta un cartografiado del Universo local hasta un giga año luz, unas 400 veces la distancia entre la Vía Láctea y Andrómeda. Para ello utiliza CosmicFlows-4, el mayor y más reciente catálogo de distancias a 56000 galaxias. A partir de las distancias el grupo reconstruye el campo de velocidades peculiares y determina los atractores, repulsores y sus correspondientes cuencas.

Las autoras encuentran nueve cuencas de atracción, que se denominan por el mismo nombre que los supercúmulos asociados (Figura 2, derecha). Para cada una proporcionan sus coordenadas y dimensiones, lo que permite confirmar dinámicamente no sólo nuestro supercúmulo Laniakea sino también otros cinco supercúmulos cercanos: Apus, Hércules, Lepus, Perseo-Piscis y Shapley. En general, encuentran que los supercúmulos estudiados son más grandes que lo sugerido por estudios anteriores. Por ejemplo, Laniakea sería cuatro veces mayor y el supercúmulo de Shapley incluye al conocido como supercúmulo de Coma, que sería sólo una pequeña parte de este.

Finalmente, de forma análoga mediante el mismo método encuentran tres cuencas de repulsión que se corresponden con zonas que ya eran conocidas por su baja densidad de galaxias, como el Vacío de Bootes.

El estudio revela cómo la cosmografía es un campo que todavía puede beneficiarse mucho de nuevos catálogos observacionales, pero también de nuevas metodologías que permitan afinar las mediciones. Como hemos visto, los supercúmulos no son inmunes a la expansión del Universo y terminarán deshaciéndose con el tiempo. Sin embargo, esto se producirá en escalas de tiempo tan amplias que aún tenemos mucho margen para seguir desentrañando sus misterios. ¿Se apuntan a investigarlo?