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El espacio entre galaxias no está vacío

Las galaxias ocupan una parte diminuta del universo, la mayoría del espacio está ocupado por regiones aparentemente vacías y sin interés. Sin embargo, el espacio que separa las galaxias contiene mucho más que materia o energía oscuras; tanto, que podría llegar a contener más material que todas las galaxias juntas.

El espacio entre galaxias no está vacío (Jose Luis Oltra)
Existen muchas ideas falsas o erróneas en la ciencia y la cultura. Ya sea por una excesiva simplificación a la hora de traducir el lenguaje técnico al cotidiano o simplemente por malas prácticas, hay muchos detalles que se pierden. Algunos pueden ser muy perjudiciales, especialmente si están relacionados con temas de salud pública y otros son bastante inofensivos. Hoy vamos a hablar de uno de los últimos. Cuando imaginamos el universo a gran escala, pensamos en un vastísimo espacio vacío, salpicado de diminutas islas de materia, las galaxias.
Pensamos que, tras abandonar una galaxia y tras abandonar la posible nubecilla difusa de gas que pueda tener a su alrededor, el espacio que separa una galaxia de otra está esencialmente vacío, excepto el ocasional átomo que podamos encontrarnos. Pero eso no es así. El espacio intergaláctico no está vacío y de hecho se cree que podría llegar a contener en torno a la mitad de toda la materia ordinaria del universo. Es decir, que cuando aquí decimos que hay algo que llena el espacio entre galaxias, no hablamos de la materia o de la energía oscuras, sino de materia normal y corriente, como la que podría formar una estrella, una nebulosa o cualquier objeto que encontremos sobre la superficie terrestre.
Los estudios que han intentado revelar la estructura del universo a gran escala muestran que el universo se asemeja a una especie de espuma o esponja, con filamentos que contienen y concentran a los miles de millones de galaxias existentes, rodeados de grandísimos vacíos. Estos vacíos son verdaderamente descomunales, en ocasiones alcanzan dimensiones de unos 300 millones de años luz y sí que están, como su nombre indica, esencialmente vacíos, más allá de la materia o energía oscura que pueda haber, y del hecho de que el vacío del espacio contenga partículas subatómicas que se crean y destruyen constantemente, por supuesto. Pero el espacio supuestamente ocupado por galaxias y cúmulos de galaxias, que corresponde a un 10 % del universo contiene mucho más espacio “vacío” que galaxias. Ocurre algo similar con los átomos. Si analizamos un trozo de metal a escala macroscópica, diremos que llena todo el volumen que ocupa, pero si nos vamos a la escala subatómica veremos que en verdad los átomos son esencialmente espacio vacío, con una concentración altísima de masa en su centro y una cierta nube rodeándolos, además del propio espacio vacío entre átomos. De esta forma, menos del 1 % del metal está realmente “lleno” de protones, neutrones o electrones.
El espacio entre galaxias no está vacío

Las galaxias ocupan por tanto una parte diminuta de este espacio. Entre las galaxias se extiende lo que se ha denominado, sin demasiada imaginación, el medio intergaláctico, un plasma enrarecido con una densidad que puede llegar a ser cientos de veces la densidad media del universo. Este plasma enrarecido consiste principalmente en hidrógeno y helio ionizados, como cabría esperar del hecho de que estos dos elementos correspondan a casi la totalidad de la composición química del universo. Las regiones que concentran más materia del universo, es decir, las que contienen las galaxias pero también este medio intergaláctico, ejercen atracción gravitatoria sobre las que no contienen nada, robándoles el poco material que pudieran tener. Cuando el gas presente (en pequeñísima proporción) en los vacíos gigantescos que hemos comentado antes cae al medio intergaláctico se calienta hasta llegar a temperaturas de alrededor de un millón de grados celsius.
Esta temperatura en astrofísica se califica como “templada”, pues en comparación con los miles de millones de grados que se pueden alcanzar en el interior de algunas estrellas o en los alrededores de un agujero negro, es una baja temperatura. Aún así, esta temperatura es suficiente para ionizar el gas presente en el medio intergaláctico y como para emitir luz en frecuencias de ultravioleta y rayos X que desde la Tierra hemos podido detectar, confirmando la existencia de este medio.
Ese medio intergaláctico se ve afectado en muchas ocasiones por eventos violentos y energéticos que ocurren en las galaxias a las que rodean. La actividad de un núcleo galáctico activo, con la emisión de jets formados por luz y partículas con altísimas energías, o explosiones de supernova pueden crear ondas que se transmiten por este medio intergaláctico. Ha sido precisamente una de esas ondas lo que nos ha permitido realizar una de las observaciones más claras. Se ha detectado por ejemplo cómo átomos de oxígeno presentes en el medio intergaláctico absorben luz en frecuencias de rayos X emitidas por un núcleo galáctico activo o cómo un estallido rápido de radio afectaba a dicho medio.
Este medio es mucho más denso que los gigantescos vacíos que ocupan la mayor parte del universo, pero mucho menos denso que una galaxia típica, pero al ocupar tantísimo espacio, decenas o cientos de veces más que el volumen que ocupan las galaxias, es capaz de acumular aproximadamente la mitad de la materia ordinaria que hay en todo el universo.
Referencias:
Nicastro, F.; et al, 2018, "Observations of the missing baryons in the warm-hot intergalactic medium", Nature, 558, doi:10.1038/s41586-018-0204-1
Bykov, A. M.; et al, 2008, "Equilibration Processes in the Warm-Hot Intergalactic Medium", Space Science Reviews, 134, doi:10.1007/s11214-008-9309-4

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