El Universo, con sus miles de millones de galaxias, tiene una estructura compleja que ha intrigado a los científicos durante décadas. La cuestión de si esta estructura es fractal, es decir similar en todas las escalas, sigue vigente.
El Universo alberga aproximadamente 2 billones de galaxias, organizadas en grupos, cúmulos y superamas. Estas estructuras abarcan millones de años luz, formante una compleja red cósmica. Sin embargo, esta jerarquía de estructuras no se repite indefinidamente.
Imagen: ESA / Springel et al., Consorcio Virgo
Benoit Mandelbrot popularizó el concepto de fractales a mediados del siglo XX. Un fractal es una estructura definida por una fórmula. matemático Único, conservando su forma en todas las escalas. Mandelbrot se preguntó si el Universo podría ser un fractal. Los fractales están omnipresentes en la naturaleza, desde las ramas de un árbol hasta la silueta de un copo de nieve. Mandelbrot exploró si el Universo, a medida que retrocedía, revelaba estructuras repetitivas. De hecho, observamos una jerarquía de estructuras a diferentes escalas.
Sin embargo, esta jerarquía tiene un límite. A una escala de unos 300 millones de años luz, el Universo se vuelve homogéneo, sin estructuras mayores. Por tanto, el Universo no es un fractal, aunque algunas partes de la red cósmica exhiben propiedades fractales.
Los halos de materia oscura, que albergan las galaxias y sus cúmulos, forman estructuras anidadas, con subhalos y sub-subhalos. Asimismo, los vacíos del Universo no están completamente vacíos y contienen algunas galaxias enanas dispuestas en una versión sutil de la red cósmica.
Entonces, aunque el Universo en su conjunto no es un fractal, las propiedades fractales están omnipresentes en sus complejas estructuras. Las simulaciones por computadora revelan subvacíos que contienen sus propias redes cósmicas, mostrando la riqueza y complejidad del Universo.
¿Qué es un fractal?
Un fractal es un figura geométrica o un conjunto natural que tiene una estructura compleja y detallada en todas las escalas. El concepto fue popularizado por Benoit Mandelbrot, quien mostró cómo aparecen estas formas en la naturaleza, desde las costas del mar hasta las estructuras vegetales.
Los fractales se definen mediante fórmulas matemáticas que generan patrones repetidos. Estos patrones son autosemejantes, lo que significa que mantienen su apariencia independientemente de la escala en la que se observen.
En el contexto cosmológico, los fractales han sido considerados como un posible modelo de la estructura del Universo. Sin embargo, las observaciones muestran que el Universo se vuelve homogéneo en gran escalalo que limita la aplicabilidad del modelo fractal a todo el cosmos.
¿Y la materia oscura en todo esto?
materia oscura juega un papel crucial en la formación y evolución de las estructuras cósmicas. Invisible y no radiante, ejerce una atracción gravitacional que determina la distribución de las galaxias y amas de galaxies.
Los halos de materia oscura, enormes nubes de esta sustancia aún misteriosa, rodean las galaxias y sus cúmulos. Estos halos contienen subestructuras, como subhalos, que albergan galaxias más pequeñas.
Las simulaciones por computadora muestran que la materia oscura forma una red cósmica compleja, con filamentos y vacíos. Esta red influye en la distribución de la materia visible, como estrellas y galaxias, y desempeña un papel clave en la estructura a gran escala del Universo.
