Un anillo GRB gigante y la supuesta estructura a gran escala asociada con él. Es posible, por supuesto, que esto sea solo una pseudoestructura, y nos estamos engañando a nosotros mismos, creyendo que esta formación se extiende por muchos miles de millones de años luz.
Durante casi toda la historia de la humanidad, una de las ideas sobre nuestro lugar en el Universo. ha sido durante mucho tiempo el centro inamovible del espacio. Todas las observaciones correspondieron a esto:
- los cielos, incluidas las estrellas, las nebulosas y la Vía Láctea, giran sobre nuestras cabezas;
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La idea de que la Tierra gira sobre su eje y se mueve en una órbita alrededor del Sol parecía una especie de invención divertida, que fue considerada seriamente solo por unos pocos filósofos antiguos como Aristarco de Samos o Arquímedes. El esquema geocéntrico de Ptolomeo funcionó mejor que cualquier otro modelo para describir el movimiento de los cuerpos celestes hasta que Kepler postuló órbitas elípticas en el siglo XVII.
Sin embargo, la revolución probablemente más poderosa ocurrió cien años antes, cuando Nicolás Copérnico revivió la idea de que la Tierra debería ser quitada de una posición privilegiada en el centro del universo. Principio de Copérnico hoy , diciendo que ni nosotros, ni nadie más, ocupamos un lugar especial en el Universo, es la piedra angular de la cosmología moderna. Pero, ¿tiene razón? Echemos un vistazo más de cerca a la evidencia.
Movimiento de Marte desde diciembre de 2013 hasta julio de 2014. Marte se movió desde la esquina inferior derecha del diagrama a la parte superior izquierda hasta febrero, luego desaceleró, se detuvo, caminó hacia atrás, luego desaceleró y se detuvo nuevamente en mayo, y finalmente regresó al primer camino. Esto solía considerarse evidencia de epiciclos , pero ahora sabemos que este no es el caso.
El modelo de Copérnico del sistema solar, formulado por primera vez hace 500 años, ofrecía una alternativa interesante a la explicación convencional.
Según una de las ideas clásicas, todos los demás planetas, excepto la Tierra, se movían alrededor del Sol en un círculo, mientras giraban en círculos pequeños, que a su vez se movían en círculos grandes. Este esquema dio una cierta trayectoria para cada planeta, según la cual la mayor parte del año los planetas en el cielo se movían en una cierta dirección en relación con las estrellas, pero por un tiempo parecían detenerse, revertir el movimiento y luego regresar. a la dirección normal.
Este fenómeno se conoce como movimiento retrógrado de los planetas., ha servido durante mucho tiempo como evidencia contra las órbitas heliocéntricas circulares. Uno de los mayores avances de Copérnico, al menos basado en la evidencia histórica, porque el tratado de Aristarco de Samos no nos llegó, fue la demostración de que si los planetas internos se mueven en órbitas más rápido que los externos, entonces su movimiento retrógrado periódico puede ser explicado sin recurrir a epiciclos o círculos en círculos.
Uno de los mayores misterios del siglo XVI fue por qué los planetas se mueven retrógrados. Podría explicarse por el modelo geocéntrico de Ptolomeo (izquierda) o el modelo heliocéntrico de Copérnico (derecha). Es cierto que ninguno de ellos logró describir el sistema con precisión arbitraria.
Si la Tierra no necesita ocupar una posición especial en el Universo, entonces ella y todos los demás deben regirse por las mismas leyes físicas. Los planetas giran alrededor del Sol, la luna alrededor de los planetas e incluso todos los objetos que caen sobre la superficie de la Tierra deben estar sujetos a las mismas leyes universales. Se necesitó más de un siglo para pasar de la idea original de Copérnico al descubrimiento de la primera ley de la gravedad exitosa. Se necesitaron más de cien años para probarlo directamente. Sin embargo, el modelo heliocéntrico de Copérnico resultó ser correcto.
Hoy hemos extendido hasta el límite el principio copernicano. Nuestro planeta, nuestro sistema solar, nuestro lugar en la galaxia, la ubicación de la Vía Láctea en el Universo y, de hecho, todos los planetas, estrellas y galaxias no deberían destacarse de ninguna manera. En el Universo, no solo las mismas leyes deben operar todo el tiempo y en todas partes, no debe haber nada especial o sobresalir de ningún lugar y dirección en todo el cosmos.
Simulación de la estructura a gran escala del universo. Los cosmólogos recién están comenzando a abordar el problema de determinar qué regiones son lo suficientemente masivas y densas para corresponder a cúmulos de estrellas, galaxias, cúmulos galácticos y en qué escala y bajo qué condiciones se formaron.
Esto, por supuesto, también es solo una suposición. Suponemos que el universo es el mismo en todas las direcciones - isotrópico - y el mismo en todos los lugares - homogéneo, al menos en las escalas más grandes, pero para probar esto en la práctica, necesitamos resolver dos problemas.
1. Necesitamos cuantificar estas cantidades. Una cosa es declarar que el Universo es isotrópico y homogéneo, y otra muy distinta entender a qué nivel es isotrópico y homogéneo, y a qué nivel comienzan a jugar un papel la anisotropía y la inhomogeneidad. Después de todo, si mide la densidad promedio del Universo, obtiene algo alrededor de un protón por metro cúbico; solo la Tierra es 10 30 veces más densa que el valor promedio, lo que obviamente implica la falta de homogeneidad del Universo.
2. Necesitamos medir el Universo y comprobarlo todo. Esperamos que a gran escala cósmica, el Universo esté muy cerca de la homogeneidad ideal: isotropía y homogeneidad. Sin embargo, en todas las escalas, la anisotropía y la falta de homogeneidad deberían manifestarse, y las observaciones deberían demostrar con qué precisión el universo es imperfecto.
Y si la teoría no está totalmente de acuerdo con las observaciones, tendremos un problema que nos hará cuestionar la validez del principio de Copérnico.
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Por lo que entendemos, el Universo no solo surgió del Big Bang, sino del estado conocido como inflación cósmica, que precedió y dio lugar al Big Bang. Durante la inflación, el Universo no estaba formado por materia y radiación, estaba dominado por la forma de energía inherente al tejido mismo del espacio. Las fluctuaciones cuánticas con la expansión del Universo se extendieron por todo su volumen. Cuando terminó esta fase y la inflación, la energía inherente del espacio se transformó en materia, antimateria y radiación, dando lugar al Big Bang.
Las fluctuaciones cuánticas en esta importante transición se convirtieron en fluctuaciones de densidad: regiones donde la densidad era ligeramente superior o ligeramente inferior a la media. Con base en las fluctuaciones que observamos en la radiación relicta y la estructura a gran escala del Universo, sabemos que su nivel está en el orden de 1 / 30,000, y rara vez, en aproximadamente el 0.01% de los casos, se puede encontrar una fluctuación cuatro. veces más grande. En todas las escalas, grandes y pequeñas, el universo nació casi perfectamente homogéneo, casi, pero no del todo.
A medida que mejoran los satélites, aumenta su capacidad para sondear escalas más pequeñas, más rangos de frecuencia y diferencias de temperatura CMB más pequeñas. Tenga en cuenta la existencia de fluctuaciones en el lado izquierdo del gráfico: incluso en las escalas más grandes, el universo no nació perfectamente homogéneo.
Si desea que se formen estructuras ligadas gravitacionalmente en su universo, independientemente de la escala, debe esperar. Debe pasar suficiente tiempo antes de:
- las áreas con una densidad inicialmente más alta han crecido, solo superando levemente el promedio;
- y esto ocurrirá sólo cuando el horizonte cósmico, es decir, la distancia que la luz puede recorrer de un extremo al otro, sea mayor que la escala espacial de estas fluctuaciones;
- y deberían aumentar del 0,003% al 68%; este es un valor crítico que conduce al colapso gravitacional y al crecimiento gravitacional rápido (no lineal);
- y sólo entonces pueden aparecer características observables como cuásares, galaxias y nubes enriquecidas de gas interestelar.
En promedio, esto significa que cuando se exceden ciertas distancias, las posibilidades de conectar estructuras cósmicas son pequeñas y, a distancias más pequeñas que estas escalas, tales estructuras deberían ser bastante comunes. Si bien la probabilidad total de exactamente lo que es probable, así como la probabilidad de que suceda, aún no se comprende bien, la expectativa general es que las grandes estructuras cósmicas conectadas desaparezcan a escalas de más de 1 a 2 mil millones de años luz. Los modelos y observaciones de galaxias dan patrones similares de agrupamiento a gran escala.
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Sin embargo, las observaciones no nos dieron exactamente la imagen que esperábamos. Años antes de 2010, nuestra búsqueda de estructuras a gran escala reveló la existencia de "paredes" gigantes del Universo: galaxias que se agrupan en escalas cósmicas y forman estructuras conectadas, que se extienden cientos de millones de años luz, hasta un máximo de 1.400 millones de años luz. . Pero durante la última década, se han descubierto varias estructuras que parecen ir más allá de este límite:
- El Huge LQG , o Huge Quasar Group, es un grupo de 73 quásares que forman una estructura de unos 4 mil millones de años luz de diámetro;
- la gran muralla de Hércules, la Corona del Norte , un grupo de aproximadamente 20 GRB, que da una estructura que se extiende por 10 mil millones de años luz;
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La burda estructura encontrada por la observación parece refutar la homogeneidad a gran escala. Los puntos negros son magnesio gaseoso ionizado, detectado por la absorción de luz de los cuásares de fondo (puntos azules). Pero aún no está claro si se trata de una estructura unificada real.
A primera vista, estas estructuras son enormes, incluso demasiado grandes para encajar en nuestra imagen habitual del Universo. Pero debemos ser muy, muy cuidadosos con las afirmaciones de que nuestro universo no es homogéneo a gran escala, especialmente porque tenemos mucha evidencia en su contra. En su obra fundamental , el cosmólogo Sesh Nadatur, después de un estudio detallado de estas estructuras, hizo dos suposiciones interesantes:
Si arroja una gran cantidad de fósforos al suelo, puede encontrar patrones asociados con la agrupación en ellos. Si hay secuencias de varios partidos seguidos en el suelo, será fácil confundirlos con una estructura a gran escala.
Varios trabajos recientes están tratando de responder a la primera pregunta, pero la segunda sigue sin respuesta. Una forma de imaginar este problema es imaginar que tienes una caja con una gran cantidad de fósforos y la golpeas contra el suelo, dejando que los fósforos rueden libremente por el suelo. La estructura resultante será parcial, pero no completamente aleatoria. Verá en él los patrones asociados con la agrupación.
Algunos de los partidos se mantendrán por separado. Algunos se alinearán con 2, 3, 4 o incluso 5 partidos seguidos. Incluso te encontrarás con secuencias de 8 a 10 coincidencias que no esperabas ver.
Sin embargo, ¿qué sucede si tiene un grupo de 4-5 partidos seguidos, ubicado cerca de otro grupo de este tipo? Existe el riesgo de que crea que ha encontrado un grupo de 8 a 10 coincidencias, especialmente si sus herramientas de búsqueda de correlación no son perfectas. Aunque ya tenemos bastantes ejemplos de tales estructuras, cuyos tamaños han superado nuestras expectativas, ninguna de las estructuras de más de 1.400 millones de años luz de longitud aún no se ha considerado definitivamente real.
La imagen muestra dos grandes grupos de cuásares: el grupo de cuásares Clavo-Camposano.(en rojo) y un gran grupo de quásares (en negro). A solo dos grados de ellos, se encontró otro grupo. Pero aún no está claro si estos cuásares son independientes o forman parte de una estructura a gran escala.
La mayoría de las personas, e incluso la mayoría de los astrónomos, pasan por alto algunos puntos importantes relacionados con la homogeneidad del universo en la escala más grande. Por ejemplo, todavía no tenemos suficientes datos. No hemos identificado la mayoría de las galaxias detrás de estos cuásares, nubes de gas y estallidos de rayos gamma. Limitándonos a los datos cualitativos de las observaciones de las galaxias, no encontramos estructuras de más de 1.400 millones de años luz de diámetro.
Además, el Universo no nació perfectamente homogéneo, tenía imperfecciones en todas las escalas. Unas pocas fluctuaciones grandes, raras (pero no fuertes) pueden ser la explicación más simple para nuestra observación de estas estructuras a gran escala, excediendo en tamaño lo que predijimos.
Si resulta que estas estructuras inesperadamente grandes son de hecho reales, esto sacudirá no solo los supuestos asociados con la homogeneidad, sino también los fundamentos mismos de la cosmología moderna y el principio copernicano. Sin embargo, hay varios obstáculos más que superar antes de que esta evidencia sea concluyente. Este es un tema de investigación interesante, pero así como no debe apostar por resultados preliminares que refutan la teoría de Einstein, tampoco debe apostar contra Copérnico.