"Con los vacíos podemos abordar la mayoría de los enigmas cosmológicos interesantes", afirma Alice Pisani, profesora de investigación en cosmología que trabaja en el Centro de Física de Partículas de Marsella (CPPM) del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia. Añade que, al haber menos interferencias de la materia, la relación señal-ruido es "alta" en cuanto a lo que los investigadores pueden observar.
La llegada de nuevos telescopios y simulaciones avanzadas ha impulsado este campo, inspirando a una creciente comunidad de científicos de todo el mundo a especializarse en los vacíos como laboratorios cosmológicos únicos. Algunos expertos sostienen que incluso podríamos vivir dentro de un vacío colosal, una posición que podría alterar nuestra visión del universo de forma trascendental.
Para ser lugares definidos por la escasez, los vacíos se están convirtiendo en pesos pesados cosmológicos, donde las leyes de la física pueden observarse con inusitada claridad. "Desde el punto de vista de la cosmología, es un momento muy emocionante", afirma Pisani.
¿Qué son los vacíos cósmicos?
Tras el Big Bang, el universo era una sopa uniforme de partículas subatómicas. Pero a lo largo de millones de años, a medida que la materia se enfriaba y se estabilizaba en átomos, empezaron a surgir los tenues contornos de la red cósmica. A lo largo de miles de millones de años, la red atrajo gravitatoriamente hacia sí nubes de gas, cúmulos de galaxias y otros objetos cósmicos. A medida que la red ha ido atrayendo más materia, se han ido abriendo huecos entre sus filamentos, formando vacíos.
Pueden abrirse pequeños "subvacíos" entre cúmulos de galaxias, con un diámetro de tan solo 10 o 20 millones de años luz. Pero estos vacíos pueden ser mucho más grandes. El Vacío de Boötes, también conocido como el "Gran Vacío", se extiende a lo largo de más de 300 millones de años luz.
Según Pisani, llamarlos vacíos cósmicos puede ser engañoso, ya que solemos pensar que un vacío significa que está vacío. Pero, dentro de esas regiones de baja densidad hay galaxias diminutas de baja masa. Por ejemplo, el Vacío de Boötes contiene docenas de galaxias, aunque sigue siendo mucho menos que las miles que cabría esperar en un área de tamaño similar.
las posiciones de las galaxias se habían cartografiado como puntos 2D en el cielo, pero el desarrollo de mapas 3D de la distribución de las galaxias reveló por primera vez los contornos de la red cósmica, dejando al descubierto la presencia de vacíos.En los últimos años, un gran número de nuevos telescopios han desencadenado una explosión de nuevos descubrimientos de vacíos, como el Dark Energy Survey Instrument (DESI) de Arizona y el telescopio espacial europeo Euclid. Se espera que estos instrumentos cartografíen más de 100,000 vacíos en el espacio, ofreciendo una visión sin precedentes de estas estructuras. Sin embargo, estos estudios solo captarán una fracción de los muchos millones de vacíos que se calcula que existen en el universo observable.
"En los últimos 10 años, el campo ha evolucionado considerablemente gracias a las nuevas tecnologías. Todo ello nos permite observar muchas más galaxias de las que podíamos observar antes y, por último, sondear la red cósmica a una profundidad mucho mayor, encontrar más vacíos y resolverlos mejor", afirma Nico Schuster, cosmólogo y experto en vacíos cósmicos del CPPM.
Al mismo tiempo, las mejores simulaciones computacionales de la red cósmica han colmado las lagunas de conocimiento sobre la evolución de los vacíos a lo largo del tiempo, permitiendo a los científicos modelizar cientos de miles de vacíos, lo que supone un orden de magnitud superior a lo que las simulaciones podían computar hace tan sólo unos años, afirma Schuster.
Esta revolución ha convertido a los vacíos en "poderosos laboratorios cosmológicos", según una exhaustiva descripción publicada en abril en The Astronomy & Astrophysics Review, dirigida por Pisani.
Mantente al día con el mundo de la tecnología. Agréganos a tus Fuentes Preferidas en GoogleArrow¿Qué podemos aprender de los vacíos?
Debido a su relativa escasez, los vacíos ofrecen una rara visión de los efectos "más simples" de la gravedad sin todas las complicaciones inherentes a los objetos masivos caóticos, como los cúmulos de galaxias. Por este motivo, los cosmólogos recurren a los vacíos para poner a prueba las teorías modificadas de la gravedad y los límites de la relatividad general. En la práctica, los investigadores exploran estas limitaciones mapeando cómo se mueven a través de los vacíos objetos como galaxias, halos de materia oscura y otros, y comparando estas observaciones con las predicciones de los modelos cosmológicos.
Por ejemplo, Schuster ha publicado estudios que exploran los movimientos prístinos y simples de objetos en vacíos, y sus implicaciones para el estudio de los neutrinos, que se encuentran entre las partículas más ligeras del universo.
Aunque los neutrinos son increíblemente abundantes, 100 billones de ellos atraviesan el cuerpo cada segundo, apenas interactúan con la materia. Esta cualidad espectral se acentúa aún más en los vacíos, donde casi no hay materia con la que interactuar, lo que revela nuevos conocimientos sobre la física de los neutrinos.
Los vacíos también se perfilan como sondas únicas de la materia y la energía oscuras, dos grandes interrogantes del llamado "modelo estándar" de la cosmología, un marco bien corroborado de fuerzas y fenómenos fundamentales del universo. También son los espacios perfectos para explorar la naturaleza y las implicaciones de la energía oscura, el vago término que designa lo que está provocando la aceleración del ritmo de expansión del universo. Como los vacíos no contienen mucha materia, las propiedades de la energía oscura pueden cronometrarse con mayor claridad.
concentración de materia, el impacto de la energía oscura no será tan evidente. Está presente, pero no podemos verla. Los vacíos no solo están dominados por la energía oscura, sino que son las primeras regiones del universo dominadas por este componente", explica Pisani.¿Estamos en un vacío?
Aunque los vacíos aportan información sobre los procesos épicos que rigen todo el universo, también pueden arrojar luz sobre nuestra posición local en el espacio. Algunos científicos han sugerido que nuestra galaxia se encuentra en un gigantesco "supervacío" conocido como el Vacío Keenan, Barger y Cowie (KBC), que se extiende a lo largo de 2,000 millones de años luz. Señalan que el número de galaxias que nos rodean es menor de lo esperado, así como indicios de que antiguas oscilaciones del universo primitivo recorren nuestra región del universo como si estuviera desprovista de materia.
El inmenso tamaño propuesto para el vacío KBC no encaja con el modelo estándar, que predice que no deberían existir vacíos a esta escala. Pero si este supervacío hipotético existe, podría resolver uno de los problemas más acuciantes del modelo estándar, conocido como la tensión de Hubble.
Indranil Banik, cosmólogo de la Universidad de Portsmouth, cree que la tensión de Hubble podría resolverse mediante la "hipótesis del vacío", que propone que las mediciones de las supernovas están distorsionadas por nuestra posición en un supervacío. Si miramos desde el centro de una enorme región poco densa, podríamos ver objetos que se mueven más deprisa, en parte debido a su atracción gravitatoria hacia estructuras locales de la red cósmica, lo que explicaría por qué tienen un ligero aumento de velocidad en comparación con las mediciones del universo primitivo.
Banik lleva varios años trabajando en la hipótesis del vacío y afirma que cada vez son más los investigadores que se inclinan por la posibilidad de que la tensión del Hubble pueda explicarse por este concepto. Pisani y Schuster creen que vale la pena seguir explorando esta hipótesis, aunque ninguno de los dos está convencido de ello.
Banik afirma que, en los próximos 10 años, el campo de la cosmología podrá poner a prueba la hipótesis de forma concluyente basándose en nuevas observaciones. "Y personalmente, confío en que se descubrirá que nos encontramos en una zona de baja densidad", añade.
Independientemente de si vivimos o no en una especie de abismo cósmico prohibido, ahora estamos explorando estas regiones recónditas con mayor profundidad que nunca. Estos vastos abismos podrían albergar muchas de las respuestas a nuestras preguntas más persistentes sobre el universo, si tan solo pudiéramos descubrirlas entre las sombras.
"Los estudios que se avecinan en la próxima década deberían ayudarnos a consolidar nuestra ciencia, obtener más y mejores restricciones y poner a prueba la nueva física. Actualmente vivimos en la época dorada de la cosmología, especialmente en lo que respecta a los vacíos", concluye Schuster.
Artículo originalmente publicado enWIRED.Adaptado por Alondra Flores.