Supercúmulos de galaxias: qué son y sus características principales

Explora los supercúmulos de galaxias: qué son, sus características, tamaño, filamentos y vacíos, y su papel en la formación y estructura del universo.

Los supercúmulos son grandes conjuntos de grupos de galaxias y cúmulos de galaxias más pequeños. Son una de las mayores estructuras conocidas en el cosmos. Aunque a simple vista parecen agrupaciones estáticas, su estudio revela una historia dinámica de formación y evolución a escala cosmológica.

¿Qué son y cómo se organizan?

Los supercúmulos muestran que las galaxias del universo no están distribuidas uniformemente. La mayoría —quizás todas— pertenecen a estructuras agrupadas: grupos y cúmulos. Los grupos contienen algunas decenas de galaxias, y los cúmulos hasta varios miles. Esos grupos, junto con galaxias aisladas, forman conjuntos aún mayores llamados supercúmulos.

Los propios supercúmulos forman parte de la llamada red cósmica (cosmic web): estructuras mayores denominadas "filamentos", "complejos", "muros" o "láminas", como la Gran Muralla. Entre estas estructuras existen grandes vacíos pobres en galaxias. Dentro de los supercúmulos suele haber subdivisiones llamadas "nubes de galaxias", que agrupan cúmulos y grupos más cercanos entre sí.

Tamaño, masa y escala

• Escala típica: los supercúmulos abarcan desde decenas hasta varios cientos de megapársecs (Mpc). Recordando que 1 Mpc ≈ 3,26 millones de años‑luz, esto equivale a cientos de millones de años‑luz. Algunas paredes o filamentos pueden extenderse aún más, hasta miles de millones de años‑luz en casos extremos observados.
• Masa: contienen la masa combinada de miles o millones de galaxias, plus gas caliente y una gran fracción de materia oscura. La masa total de un supercúmulo puede superar fácilmente la de un cúmulo individual por varios órdenes de magnitud.
• Dinámica: en general, un supercúmulo completo no está completamente ligado gravitacionalmente y está sometido a la expansión cósmica; sin embargo, elementos internos como cúmulos densos sí pueden estar vinculados.

Ejemplos conocidos

Algunos supercúmulos y estructuras destacadas son:

• El Supercúmulo de Virgo, que incluye al Grupo Local (y por tanto a la Vía Láctea) y al cúmulo de Virgo.
• Laniakea, definida por flujos peculiares de galaxias (Tully et al. 2014) como el territorio gravitatorio que incluye nuestro Grupo Local y el Gran Atractor.
• El Supercúmulo de Shapley, uno de los más masivos cercanos.
• Muros y paredes como la Gran Muralla de Sloan y el complejo Perseus–Pisces.

Formación y evolución

Los supercúmulos se forman por la amplificación, vía gravedad, de pequeñas inhomogeneidades de densidad presentes en el universo primitivo. Estas fluctuaciones fueron sembradas durante la inflación y, con el tiempo, la materia oscura colapsó formando halos que atrajeron gas y galaxias. El crecimiento es jerárquico: estructuras pequeñas se ensamblan en mayores.

La materia oscura juega un papel esencial: las filigranas de materia oscura determinan la localización de filamentos y nodos (cúmulos). Los patrones de flujo de galaxias hacia regiones más densas permiten trazar límites prácticos de supercúmulos (como en la definición de Laniakea).

Observación y técnicas

• Encuestas de corrimientos al rojo (redshift surveys) como SDSS o 2dF han cartografiado la distribución tridimensional de galaxias y revelado la red cósmica.
• Rayos X: el gas intraclúster caliente emite en rayos X, útil para identificar cúmulos dentro de supercúmulos.
• Efecto Sunyaev–Zel'dovich en el fondo cósmico de microondas: permite detectar gas caliente incluso a grandes distancias.
• Lente gravitatoria débil (weak lensing): cartografía la materia oscura que domina la masa de estas estructuras.
• Estudios de velocidades peculiares: analizando movimientos que no se deben a la expansión universal se pueden identificar flujos dirigidos hacia grandes sobredensidades (por ejemplo, el Gran Atractor).

Estructura interna y efectos sobre las galaxias

Dentro de los supercúmulos hay un gradiente de ambientes: de regiones densas (cúmulos) a filamentos y finalmente vacíos. Este entorno influye en la evolución galáctica:

• En cúmulos densos: las interacciones, fusiones y procesos como el ram-pressure stripping tienden a transformar galaxias en sistemas elípticos con baja formación estelar.
• En filamentos: se observa que las galaxias pueden alinearse y que los ejes de rotación muestran correlaciones con la dirección del filamento, lo que aporta pistas sobre los procesos de formación temprana.
• En vacíos: las galaxias suelen ser más aisladas, con mayor fracción de espirales y formación estelar sostenida.

Importancia para la cosmología

El estudio de supercúmulos y la red cósmica proporciona información crucial sobre:

• La naturaleza y distribución de la materia oscura.
• Los parámetros cosmológicos que regulan el crecimiento de estructuras (por ejemplo, la densidad de materia y la constante cosmológica).
• Las condiciones iniciales del universo: la estadística y escala de las inhomogeneidades primordiales.

Resumen

Los supercúmulos son los mayores ensamblajes de materia visibles en el universo, conglomerando grupos y cúmulos en una estructura compleja y jerárquica. Su estudio combina observaciones en luz visible, rayos X, microondas y técnicas de lente para reconstruir la distribución de la materia, su dinámica y su historia de formación. Entenderlos ayuda a comprender desde la evolución de galaxias concretas hasta las leyes físicas que han modelado el universo a gran escala.

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