La estructura más grande del universo, la Gran Muralla Hercules-corona borealis, ya era un desafío para explicar con los modelos del universo debido a su tamaño increíblemente vasto, y ahora, utilizando las explosiones de energía más poderosas en el universo, las explosiones de rayos gamma (GRB), los astrónomos han descubierto que esta estructura es aún más grande de lo que se dieron cuenta. Además, el equipo incluso descubrió que partes de la Gran Muralla Hércules-Corona Borealis están en realidad más cerca de la Tierra de lo que se sospechaba anteriormente.
La Gran Muralla Hercules-Corona Borealis es un llamado «supercluster» de las galaxias; Es un filamento de la red cósmica en torno a la cual las primeras galaxias en el universo se reunieron y crecieron. Su nombre fue acuñado por Johndric Valdez, un adolescente filipino que aspira a ser astrónomo. Sin embargo, ese nombre no es muy literal. Esto se debe a que la Gran Muralla en forma de redonda abarca no solo las constelaciones Hércules y Corona Boreal, sino también la región de la esfera celestial desde las constelaciones Boötes a Géminis.
La Gran Muralla Hercules-Corona Borealis fue descubierta por primera vez en 2014 por un equipo dirigido por István Horváth, Jon Hakkila y Zsolt Bagoly, quien también lideró el equipo que ahora ha determinado el tamaño de esta estructura con mayor precisión que nunca. En particular, el equipo descubrió que se extiende en un rango radial más grande que el calculado previamente. Antes de esta investigación, los científicos no reconocieron que algunas explosiones cercanas de rayos gamma también son parte de esta estructura masiva.
El hallazgo es extraordinario porque la gran pared Hércules-corona borealis ya era conocida por cubrir un área que tiene 10 mil millones de años luz de ancho por 7.2 mil millones de años luz y tener casi mil millones de años de luz. Para el contexto, eso es lo suficientemente grande como para adaptarse a más de 94,000 galaxias de la Vía Láctea colocadas una al lado de la otra a lo largo del lado más largo de la Gran Muralla, que se extiende por alrededor del 10% del ancho total de todo el universo observable.
«Dado que la gran cantidad de Hercules-Corona Borealis Great Wall es difícil de verificar, el hallazgo más interesante es que las partes más cercanas se encuentran más cerca de las que se había identificado anteriormente», dijo Jon Hakkila de la Universidad de Alabama en Huntsville a Space.com.
La Vía Láctea, nuestra galaxia local, es parte de un supercluster diferente llamado Laniakea, que, con 500 millones de años luz de ancho, está eclipsado por la gran pared Hercules-Corona Borealis. De hecho, el equipo dice que el verdadero alcance de la última estructura está actualmente indeterminada.
«Nuestra muestra de ráfaga de rayos gamma no es lo suficientemente grande como para colocar mejores límites superiores en el tamaño máximo de la gran pared Hércules-corona boreal que ya tenemos», dijo Hakkila. «Pero probablemente se extiende más lejos que los 10 mil millones de años luz que habíamos identificado anteriormente. Es más grande que el tamaño de la mayoría de las cosas con las que podría compararse».
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Los GRB fueron clave para el descubrimiento de Hercules-Corona Borealis Great Wall en 2014, y de hecho para la investigación reciente y más profunda de esta vasta estructura cósmica. Consideradas las explosiones más luminosas y más enérgicas del universo, se cree que dos tipos diferentes de GRB se originan en dos mecanismos de formación de agujeros negros de masa estelar, explicó Hakkila.
Los GRB de larga duración, que son explosiones de rayos gamma de alta energía que duran durante dos segundos, provienen del colapso central de estrellas masivas que conduce a una explosión de supernova. Se cree que los GRB de corta duración, por otro lado, se originan en la colisión y fusión de dos restos estelares ultradeños llamados estrellas de neutrones en sistemas de doble estrella.
«En ambos casos, las tremendas energías producidas a partir del colapso del sistema Star se expulsan en forma de chorros de partículas relativistas. Lejos de la boquilla de un chorro, las partículas reaccionan a producir rayos gamma y rayos X», dijo Hakkila. «Las explosiones de rayos gamma se pueden ver a distancias increíblemente grandes porque son muy luminosas».
Hakkila dice que debido a que las explosiones de rayos gamma están relacionadas con las estrellas moribundas o la colisión de dos estrellas muertas, y dado que las estrellas se encuentran en las galaxias, las explosiones de rayos gamma pueden actuar como medidas de dónde también están las galaxias. Debido a lo brillantes que son, los GRB pueden indicar la presencia de una galaxia incluso cuando esa galaxia en sí es demasiado débil para ser visto.
«El tremendo brillo de las ráfagas de rayos gamma les permite ser marcadores de dónde se puede encontrar la materia en el universo», dijo Hakkila.
¿Es la Gran Muralla ‘demasiado grande’ para la cosmología?
Parte de la razón por la cual las estructuras como la Gran Muralla Hércules – Corona Borealis son tan desconcertantes para los científicos que tienen que ver con el principio cosmológico, sobre el que se basan la mayoría de los modelos del cosmos.
El principio cosmológico sugiere que el universo es homogéneo e isotrópico en grandes escalas, lo que significa que debería verse igual en todas las direcciones. Sin embargo, el rastreo de la ubicación de la materia con GRB muestra que este no es el caso.
«Es sorprendente que la agrupación de ráfagas de rayos gamma sea mucho más pronunciado en el cielo galáctico del norte que en el cielo galáctico sur», explicó Hakkila.
En su nuevo artículo, Hakkila y sus colegas afirman que, de acuerdo con el principio cosmológico, cualquier estructura cósmica mayor de 1.200 millones de años luz no debería haber tenido suficiente tiempo en el universo de 13.8 mil millones de años si la propagación de la materia es homogénea e isotrótica.
Entonces, como una amplia estructura de galaxias de 10 mil millones de años ubicados a unos 10 mil millones de años luz de distancia (como lo indican los densos GRB que se agrupan hacia la región noroeste de la esfera celestial sobre la Tierra, la gran pared Hércules-Corona Boreal definitivamente desafía el principio cosmológico.
«Algunos modelos cosmológicos teóricos pueden explicar estructuras tan grandes, mientras que otros no pueden», agregó Hakkila. «El jurado todavía está fuera de lo que significa todo».
El equipo alcanzó su nuevo indicio del tamaño del Gran Muralla Hércules-Corona Borealis utilizando una base de datos de 542 GRB resultantes de observaciones recolectadas hasta 2018, predominantemente por el telescopio espacial de rayos gamma Ferma de la NASA y el observatorio Swift de Neil Gehrels.
Las ráfagas de rayos gamma son herramientas de medición útiles en cosmología, con algunas advertencias. El principal es que se necesita la observación de un número tremendamente grande de GRB para sacar conclusiones significativas sobre su distribución.
Además, si los científicos desean sacar conclusiones precisas sobre la estructura del universo, se debe eliminar la identificación errónea de las posiciones de origen de GRB en el espacio. Por lo tanto, puede pasar mucho tiempo antes de que los científicos puedan usar GRB para reunir una mejor imagen de Hercules: Corona Borealis Great Wall.
«Se ha llevado años de observación recopilar una muestra tan grande, utilizando datos principalmente de Fermi y Swift, que han sido fundamentales para construir este conjunto de datos sin precedentes», dijo Hakkila. «El montaje de una muestra de este tamaño tomó más de 20 años de observaciones, y no anticipamos adiciones significativas en el futuro cercano».
En el futuro, el equipo tiene la intención de continuar analizando las propiedades de los GRB en la muestra utilizada para esta investigación.
«Probablemente necesitamos estudiarlo con más cuidado y con mayor detalle de lo que se ha hecho antes», explicó Hakkila. «Mirando hacia el futuro, las nuevas misiones serán esenciales para superar las limitaciones actuales. Estamos contribuyendo activamente al desarrollo de Teseo, una misión propuesta de ESA diseñada para revolucionar los estudios de GRB».
Con su incomparable sensibilidad y cobertura del cielo, Hakkila dijo que Teseo, o las «fuentes transitorias de alta energía y el topógrafo del universo temprano», se espera que aumente drásticamente el número de GRB conocidos, particularmente a grandes distancias cósmicas o altos desplazamientos rojos.
«Esto finalmente podría proporcionar el apalancamiento observacional necesario para mapear la gran pared Hércules-Corona Borealis en toda su extensión, ofreciendo un avance en la comprensión de la formación de la estructura a gran escala y la red cósmica», dijo Hakkila.
Una versión revisada previamente de la investigación del equipo aparece en el sitio del repositorio de papel arxiv.
Publicado originalmente en Space.com.
