Estos descubrimientos insinúan la influencia enigmática de las llamadas "estructuras a gran escala" que, como su nombre indica, son los mayores objetos conocidos del universo. Estas estructuras tenues están hechas de gas hidrógeno y materia oscura y toman la forma de filamentos, hojas y nudos que unen galaxias en una vasta red llamada la red cósmica. Sabemos que estas estructuras tienen implicaciones importantes para la evolución y los movimientos de las galaxias, pero apenas hemos arañado la superficie de la dinámica radicular que las impulsa.
Los científicos están ansiosos por adquirir estos nuevos detalles porque algunos de estos fenómenos desafían las ideas más fundamentales sobre el universo.
"Esa es la razón por la que todo el mundo está siempre estudiando estas estructuras a gran escala", dijo Noam Libeskind, un cosmógrafo del Instituto Leibniz de Astrofísica (AIP) en Alemania, en una llamada. "Es una forma de investigar y restringir las leyes de la gravedad y la naturaleza de la materia, la materia oscura, la energía oscura y el universo."
¿Por qué las galaxias distantes se mueven al unísono?
Las galaxias tienden a formar cúmulos ligados gravitacionalmente que pertenecen a super cúmulos aún más grandes. La dirección cósmica de la forma larga de la Tierra, por ejemplo, tendría que notar que la Vía Láctea es parte del Grupo Local, una banda de varias docenas de galaxias. El Grupo Local se encuentra dentro del supercumulo de Virgo, conteniendo mas de 1,000 galaxias.
En estas escalas más "locales", las galaxias frecuentemente se enredan con los giros, formas y velocidades angulares de cada una. A veces, una galaxia se come a otra, un evento conocido como canibalismo galáctico. Pero algunas galaxias muestran enlaces dinámicos a través de distancias demasiado grandes para ser explicadas por sus campos gravitacionales individuales.
Por ejemplo, un estudio publicado en The Astrophysical Journal en octubre encontró que cientos de galaxias estaban rotando en sincronía con los movimientos de galaxias que estaban a decenas de millones de años luz de distancia.
"Este descubrimiento es bastante nuevo e inesperado", dijo el autor principal Joon Hyeop Lee, astrónomo del Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales, en un correo electrónico. "Nunca he visto un informe previo de observaciones o predicciones de simulaciones numéricas, exactamente relacionadas con este fenómeno."
Lee y sus colegas estudiaron 445 galaxias a 400 millones de años luz de la Tierra, y notaron que muchas de las que giraban en una dirección hacia la Tierra tenían vecinos que se movían hacia la Tierra, mientras que las que giraban en la dirección opuesta tenían vecinos que se alejaban de la Tierra.
"La coherencia observada debe tener alguna relación con estructuras a gran escala, porque es imposible que las galaxias separadas por seis megaparsecs[aproximadamente 20 millones de años luz] interactúen directamente entre sí", dijo Lee.
Lee y sus colegas sugieren que las galaxias sincronizadas pueden estar incrustadas a lo largo de la misma estructura a gran escala, que está girando muy lentamente en sentido contrario a las agujas del reloj. Esa dinámica subyacente podría causar el tipo de coherencia entre la rotación de las galaxias estudiadas y los movimientos de sus vecinos, aunque advirtió que se necesitará mucha más investigación para corroborar los hallazgos y conclusiones de su equipo.
Mientras que esta iteración particular de galaxias extrañamente sincronizadas es novedosa, los científicos han observado extrañas coherencias entre galaxias a distancias aún más asombrosas. En 2014, un equipo observó curiosas alineaciones de agujeros negros supermasivos en los núcleos de los quasares, que son antiguas galaxias ultraluminosas, que se extienden a través de miles de millones de años luz.
Liderados por Damien Hutsemékers, astrónomo de la Universidad de Lieja en Bélgica, los investigadores pudieron observar esta inquietante sincronicidad observando el universo cuando tenía sólo unos pocos miles de millones de años de antigüedad, utilizando el Very Large Telescope (VLT) en Chile. Las observaciones registraron la polarización de la luz de casi 100 cuásares, que el equipo utilizó para reconstruir la geometría y alineación de los agujeros negros en sus núcleos. Los resultados mostraron que los ejes de rotación de 19 cuásares en este grupo eran paralelos, a pesar de que estaban separados por varios miles de millones de años luz.
El descubrimiento, que fue publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, es un indicador de que las estructuras a gran escala influyeron en la dinámica de las galaxias a través de vastas distancias en el universo primitivo.
"Se sabe que los ejes de rotación de las galaxias se alinean con estructuras a gran escala como los filamentos cósmicos, pero esto ocurre en escalas más pequeñas", dijo Hutsemékers en un correo electrónico, señalando que los estudios teóricos han propuesto algunas explicaciones tentativas de este proceso.
"Sin embargo, actualmente no hay ninguna explicación de por qué los ejes de los cuásares están alineados con el eje del gran grupo en el que están integrados", anotó.
La verdad detrás de las galaxias sincronizadas podría cambiarlo todo
El secreto de estas galaxias sincronizadas puede representar una amenaza para el principio cosmológico, una de las suposiciones básicas sobre el universo. Este principio establece que el universo es básicamente uniforme y homogéneo a escalas extremadamente grandes. Pero la "existencia de correlaciones en los ejes de los cuásares a escalas tan extremas constituiría una grave anomalía para el principio cosmológico", como señalan Hutsemékers y sus colegas en su estudio.
Sin embargo, Hutsemékers advirtió que habría que detectar y estudiar más de estas estructuras para probar que se trata de una grave arruga en el principio cosmológico. "Se necesitan otras estructuras similares para confirmar una anomalía real", dijo.
Por el momento, la dinámica detrás de estas posiciones de los cuásares no se entiende bien porque hay pocas técnicas observacionales para refinarlas. "En lo que respecta a las alineaciones a gran escala, estamos esperando más datos", dijo Hutsemékers. "Tales estudios son estadísticos y un paso adelante requeriría una gran cantidad de datos de polarización, no fáciles de reunir con la instrumentación actual."
Los futuros radiotelescopios, como el Square Kilometre Array, podrían ser capaces de sondear estas misteriosas alineaciones con más detalle.
"Una de las grandes cosas de la ciencia es que se puede hacer construir un modelo con miles de datos, pero si una cosa no se pega, empieza a romperse. Esa grieta tiene que ser sellada o va a derribar toda la casa".
Las alineaciones de Quasar no son los únicos obstáculos que las galaxias extrañamente sincronizadas han presentado a los modelos establecidos del universo. De hecho, uno de los debates más polémicos de la cosmología en estos días se centra en la forma inesperada en que las galaxias enanas parecen estar perfectamente alineadas alrededor de galaxias anfitrionas más grandes como la Vía Láctea.
Estas galaxias satelitales son actualmente una espina en el costado de lo que se conoce como el modelo ΛCDM, que es una línea de tiempo teórica del universo desde el Big Bang. Las simulaciones del universo bajo el modelo ΛCDM predicen que las pequeñas galaxias satelitales terminarán en un enjambre de órbitas aleatorias alrededor de galaxias anfitrionas más grandes.
Pero en la última década, nuevas observaciones han revelado que una gran parte de las galaxias satélites alrededor de la Vía Láctea están sincronizadas en un ordenado plano orbital. Al principio, los científicos se preguntaban si eso significaba simplemente que algo raro estaba sucediendo en nuestra propia galaxia, pero luego se observó un plano similar de satélites alrededor de Andrómeda.
Las alarmas empezaron a sonar en 2015, cuando los astrónomos publicaron observaciones del mismo fenómeno por tercera vez alrededor de Centauro A, una galaxia elíptica a unos 10 millones de años luz de la Vía Láctea.
Este descubrimiento "sugiere que algo anda mal en las simulaciones cosmológicas estándar", según un estudio posterior de 2018 en Ciencias, dirigido por Oliver Müller, un astrónomo de la Universidad de Estrasburgo en Francia.
"En este momento, hemos observado esto en las tres galaxias más cercanas", dijo Müller en una llamada. "Por supuesto, siempre se puede decir que son sólo tres, así que aún no es estadístico. Pero muestra que cada vez que tenemos buenos datos, los encontramos, para que sean universales".
En un estudio realizado en 2015, Libeskind y sus colegas sugirieron que los filamentos de la red cósmica podrían estar guiando estas galaxias organizadas, un proceso que podría ser coherente con el modelo de ΛCDM Sin embargo, en última instancia, aún no hay una respuesta concluyente a este dilema.
"Una de las grandes cosas de la ciencia es que se puede hacer construir un modelo con miles de datos, pero si una cosa no se pega, empieza a romperse", dijo Libeskind. "Esa grieta tiene que ser sellada o va a derribar toda la casa."
La próxima generación de investigación de las galaxias
Esta tentadora incertidumbre ha motivado a astrónomos como Marcel Pawlowski, becario de Schwarzschild en la AIP y coautor del estudio de Ciencias 2018, a hacer de este problema un foco de su investigación. Pawlowski espera con interés los datos de la próxima generación de enormes observatorios de clase de 30 metros que podrían mostrar si otras grandes galaxias están rodeadas por patrones isotrópicos u organizados de galaxias satélites.
"Lo que tenemos que hacer ahora es ampliar nuestra búsqueda a sistemas satelitales más distantes, y encontrar galaxias satélites, así como medir sus velocidades", dijo Pawlowski en una llamada.
"El campo realmente avanzó debido a este debate en la literatura", agregó Pawlowski. "Ha sido muy bueno ver cómo la evidencia observacional se ha vuelto más y más sólida."
Ya sean los extraños movimientos de las galaxias enanas en nuestro propio vecindario galáctico o la espeluznante alineación de las galaxias sobre millones o miles de millones de años luz, está claro que los movimientos de danza de las galaxias son una clave esencial para desbloquear la estructura a gran escala del universo.
Las galaxias que vemos capturadas en posiciones estáticas en bellas tomas de campo profundo son en realidad guiadas por muchas fuerzas complejas que aún no comprendemos del todo, incluyendo la red cósmica que sustenta al universo.
"Lo que realmente me gusta de todo esto es que todavía estamos en la fase pionera", dijo Müller. "Eso es súper emocionante."
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LDU 116:7.1 (1276.2) El gran universo no es solamente una creación material de grandeza física, sublimidad espiritual y magnitud intelectual, sino que también es un magnífico y sensible organismo viviente. Existe vida real que late a través del mecanismo de la vasta creación del cosmos vibrante. La realidad física de los universos es simbólica de la realidad perceptible del Supremo Todopoderoso; y este organismo material y vivo es penetrado por los circuitos de la inteligencia, así como el cuerpo humano está atravesado por una red de caminos neurales de sensaciones. Las corrientes de energía que activan eficazmente la creación material permean este universo físico así como el cuerpo humano está alimentado y energizado por la distribución circulatoria de los productos de la alimentación asimilables como energía. El vasto universo no está vacío de esos centros de coordinación de magnífico supercontrol los cuales se pueden compararse con el delicado sistema de control químico del mecanismo humano. Pero si tan sólo supierais algo sobre el aspecto físico de un centro de poder, podríamos, por analogía, deciros mucho más sobre el universo físico.
116:7.2 (1276.3) Así como los mortales buscan el mantenimiento de la vida en la energía solar, del mismo modo el gran universo depende de las energías infalibles que emanan del Paraíso bajo para mantener las actividades materiales y los movimientos cósmicos del espacio.
