Cosmologia: El principi cosmològic assum que l’univers, a una escala prou gran, és uniformement isotròpic i homogeni. Damunt d’aquest principi es fan les determinacions dels paràmetres cosmològics. Ara bé, per sota d’aquesta gran escala de l’univers uniforme hi ha tota una estructura heterogènia, que podem descriure com una teranyina de filaments que creuen el buit. Els filaments són alhora formats per supercúmuls de galàxies, els quals formen cúmuls o grups de galàxies, i aquests són integrats per galàxies, que alhora són col·leccions de sistemes estel·lar, en el marc d’un dels quals construïm el nostre coneixement astronòmic. Hom ha de conèixer bé el lloc que ocupem en l’univers per poder descriure’l cosmològicament. En el nivell més elevat de l’estructura, l’heterogeneïtat de la distribució material pot manifestar-se en modificacions de la radiació còsmica de fons, en lents gravitacionals gegantines o en modulacions del flux de Hubble d’expansió de l’univers. Pel que fa a com aquestes modulacions afectarien les nostres mesures de la constant de Hubble hem d’atendre a les concentracions de masses que tenim a una distància inferior a 250 Mpc. Això és el que han fet Hans Boehringer, Gayoung Chon, Joachim Truemper, Renee C. Kraan-Korteweg i Norbert Schartel. Böhringer et al. ofereixen en un article que apareixerà a la revista Astronomy & Astrophysics una valoració de tota l’esfera celeste de les estructures més grans que es troben a una distància d’entre 130 i 250 Mpc de la Terra. Utilitzen els cúmuls de galàxies emissores de raigs X per oferir-nos una cartografia de la distribució de la densitat a aquestes distàncies. Han trobat cinc superestructures especialment prominents, de les quals la més gran té una longitud de més de 400 Mpc i compta amb una massa equivalent a 0,2 trilions de masses solars. Böhringer et al. anomenen aquesta superestructura ‘Quipu’, i consideren que és l’estructura còsmica més gran descoberta fins ara. És cert que hom ha proposat estructures molt més grans, com la Gran Muralla Hercules-Corona Borealis, que faria 3000 Mpc de llargada, però la seva entitat discreta no és pas tan clara com la de Quipu. Les cinc superestructures que han identificat Böhringer et al. apleguen, en el volum estudiat, el 45% dels cúmuls galàctics, el 30% de les galàxies, el 25% de la matèria i el 13% del volum. Som, doncs, davant d’una fracció substantiva de l’univers. En aquestes superestructures hi ha una densitat galàctic superior a la mitjana, i aquesta densificació es deixa notar en l’entorn de la superestructura fins a una bona distància. Böhringer al. troben superestructures amb propietats semblants en simulacions basades en models cosmològics estàndards Lambda-CDM. Aquestes superestructures haurien de provocar una modificació en la radiació còsmica de fons a través de l’efecte integrat Sachs-Wolf. Les dades de la sonda Planck indiquen un senyal compatible amb aquest efecte quant a força, però estadísticament poc significatiu.
E. Hallmann retratava en el 2008 com una teranyina còsmica feta de filaments de matèria fosca que creuaven grans buits. Böhringer et al. (2025) han caracteritzat superestructures properes i consideren que és important considerar-les en la recerca astrofísica. Les superestructures podrien tindre un impacte en l’evolució de les galàxies que s’hi acullen. Alhora, els tests de models cosmològics han de considerar l’efecte d’aquestes inhomogeneïtats.
L’estructura a gran escala de l’univers
Els models cosmològics han de tindre en consideració l’estructura a gran escala de l’univers. Diferents models cosmològics ofereixen estructuracions diferents. Hom pot comprovar aquest encert comparats els resultats amb les observacions astronòmiques d’aquestes estructures a gran escala.
A final dels anys 1970 hom adoptà el terme ‘teranyina còsmica’ per referir-se a la topologia de l’univers. En general aquesta topologia venia a confirmar el principi cosmològic d’homogeneïtat i isotropia. En els darrers deu anys s’han fet esforços per descriure la distribució de matèria en l’univers local, que precisament volen identificar-hi les inhomogeneïtats.
Les inhomogeneïtats de l’univers local tenen un impacte en processos astrofísics com la formació i evolució de galàxies. En un supercúmul galàctic la distribució dels tipus de galàxies depenen de lloc que hi ocupen. En una zona de l’univers ocupada per buits, la baixa densitat material es manifesta en una constant local de Hubble superior a la mitjana còsmica. Fins i tot la radiació còsmica de fons pot veure’s afectada per la distribució local de matèria.
Podem definir l’univers local com l’integrat per objectes que tinguin un desplaçament al vermell (z) inferior a 0,03. Aquest univers local ha estat exhaustivament estudiat en projectes com 2MASS, i hom disposa de compilacions sobre les velocitats peculiars del flux còsmic.
Böhringer et al. van una mica més enllà i es fixen en objectes amb z situada entre 0,03 i 0,06. Són objectes situats a distàncies d’entre 130 i 250 Mpc. Els cúmuls galàctics situats a aquesta distància poden oferir una idea de la distribució a gran escala de la matèria.
Val a dir, però, que els cúmuls de galàxies són uns indicadors lleugerament esbiaixats, que poden amplificar les inhomogeneïtats més enllà dels valors reals. Cal aplicar-hi una funció de selecció. Böhringer et al. empren les dades del ROSAT All-Sky Survey del 1993, que ofereix detecció de cúmuls de galàxies a través d’emissions de raigs X. Hi afegeixen, a més dades de REFLEX, referents a l’hemisferi sud del cel, i del NORAS, de l’hemisferi nord. En total queda cobert el 86% del cel: queda fora la zona del cel on la Via Làctia interfereix l’observació d’objectes extragalàctics.
Una mostra de cúmuls
Els objectes del catàleg CLASSIX que han construït Böhringet al. han estat validats amb observacions des de Calar Alto i Sutherland. La lluminositat en la banda de raigs X es troba estretament correlacionada amb la massa del cúmul. El catàleg inclou 345 cúmuls galàctics, dels quals 155 es corresponen a superestructures. Cada entrada és definida per les seves coordenades celestes, desplaçaments al vermell, lluminositat de raigs X, massa i radi.
Una cartografia de la densitat material
Mitjançant la simulació Millennium, Böhringer et al. descriuen la distribució dels cúmuls en filaments materials. Així podem afirmar que el nostre univers local té una densitat inferior a la mitjana còsmica.
Caracterització de superestructures
Böhringer et al. demanen que cada superestructura contingui un mínim de 20 cúmuls galàctics, i una sobredensitat significativa. Van més enllà doncs d’un supercúmul típic. L’anàlisi resulta en la caracterització de cinc superestructures, amb masses de 0,6 a 2,4·1017 masses solars.
La més gran és Quipu. Té una longitud de 428 megaparsecs i una massa de 2,4·1017 masses solars.
Les altres quatre superestructures són Shapley, Serpens-Corona Borealis, Hercules i Sculptor-Pegasus.
Simulacions
Simulacions cosmològiques que abasten un volum 5,4 vegades superior a l’explorat resulten en 23 superestructures. Les cinc superestructures descrites per Böhringer encaixen amb el model cosmològic convencional ΛCDM.
Implicacions cosmològiques
El volum estudiat per Börhinger et al. és vuit vegades més gran que l’univers local. És lògic doncs que allà on Böhringer et al. troben cinc superestructures, a l’univers local només hi hagi una. De tota manera, l’univers local (<130 Mpc) es caracteritza per una densitat inferior a la mitjana còsmica. En estendre l’anàlisi a distàncies <250 Mpc, la densitat local ja s’acosta més a la mitjana.
En valorar els paràmetres cosmològics cal considerar el nostre ambient local. En primer lloc hi ha un efecte sobre el flux de Hubble degut a la velocitat peculiar del nostre Grup Local de galàxies respecte de la radiació còsmica de fons. La caracterització d’aquesta velocitat peculiar requereix considerar un horitzó de fins a 250 Mpc.
Lligams:
- Unveiling the largest structures in the nearby Universe: Discovery of the Quipu superstructure. Hans Boehringer, Gayoung Chon, Joachim Truemper, Renee C. Kraan-Korteweg, Norbert Schartel. A&A (2025).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada