Naturaleza fractal del agrupamiento de galaxias en el catálogo de corrimientos al rojo actualizado de CfA

Por qué el cielo nocturno es oscuro pero no vacío

Mira hacia arriba en una noche clara y verás estrellas dispersas, una banda difusa de la Vía Láctea y quizá una tenue mancha de otra galaxia. Sin embargo, los astrónomos saben ahora que puede haber un billón de galaxias en el Universo. Si la materia estuviera distribuida perfectamente de manera uniforme, el cielo ardería de luz en todas direcciones. En cambio, el espacio está en gran parte oscuro, y las galaxias se agrupan en cúmulos y filamentos separados por enormes regiones vacías. Este artículo plantea una pregunta engañosamente simple: ¿siguen las galaxias patrones “fractales” ocultos—como versiones cósmicas de árboles ramificados o líneas de costa—que puedan explicar cómo se dispone la materia en las mayores escalas?

De un cosmos suave a la telaraña cósmica

La cosmología moderna suele tratar el Universo como homogéneo cuando haces zoom lo bastante lejos, una idea que sustenta el modelo estándar de evolución cósmica conocido como ΛCDM. Pero los mapas detallados de galaxias muestran algo más intrincado: largas cadenas, paredes en forma de lámina y vastos vacíos, que en conjunto forman una enorme red tridimensional. Los autores revisitan una propuesta que se remonta al matemático Benoît Mandelbrot, según la cual esta red podría describirse mediante fractales—estructuras que repiten patrones similares a través de muchas escalas. En lugar de asumir que las galaxias se difuminan hasta una niebla uniforme, prueban si los datos reales se comportan más como una jerarquía fractal, donde cúmulos, supercúmulos y filamentos se reflejan unos a otros desde distancias pequeñas hasta muy grandes.

Minería de un millón de galaxias en busca de patrones ocultos

Para sondear esta idea, los investigadores recurren a uno de los recursos más completos disponibles: el Catálogo de Corrimientos al Rojo Actualizado de CfA (UZCAT). Esta compilación reúne velocidades radiales—qué tan rápido las galaxias se alejan de nosotros debido a la expansión cósmica—de aproximadamente tres cuartos de millón de galaxias, extraídas de múltiples encuestas principales. A partir de cada corrimiento al rojo medido, el equipo estima la distancia de la galaxia usando una forma actualizada de la ley de Hubble. Limpian la muestra eliminando objetos mal clasificados, mediciones problemáticas y valores atípicos extremos, y luego agrupan las galaxias en siete “bandas” de distancia o velocidad, desde sistemas cercanos hasta aquellos que se alejan a más de la mitad de la velocidad de la luz. Las pruebas estadísticas sugieren que las brechas restantes en los datos ocurren esencialmente al azar, por lo que es poco probable que distorsionen los patrones a gran escala que el equipo busca.

Leer la telaraña cósmica con gafas fractales

En lugar de limitarse a contar galaxias en cajas, los autores aplican herramientas del estudio de la turbulencia y el caos, donde el comportamiento irregular y explosivo es lo habitual. Cortan el espacio en conchas a distancias crecientes desde el Sol y calculan cómo cambia el número medio de galaxias con la escala. A partir de estos conteos construyen un “espectro multifractal”, una huella matemática que indica hasta qué punto las regiones densas y los vacíos contribuyen en diferentes escalas. En un Universo perfectamente suave este espectro se reduciría a un solo valor; en uno fractal se extendería. El equipo compara el espectro observado con una construcción teórica simple llamada conjunto de Cantor ponderado—un fractal clásico construido al eliminar repetidamente piezas centrales de una línea y redistribuir el “peso” de manera desigual entre las partes restantes. Este modelo se ha utilizado previamente para describir plasmas turbulentos en el viento solar y en experimentos de laboratorio.

Lo que dicen los números sobre la estructura cósmica

El análisis muestra que la distribución de galaxias no es puramente uniforme, pero tampoco es abrumadoramente fractal. El espectro multifractal extraído de UZCAT coincide bastante bien con los modelos de conjunto de Cantor ponderado, especialmente para las partes más densas de la telaraña cósmica. Un único número clave, que mide cuán ancho es el espectro, resulta ser modesto—alrededor de 0,1 a 0,15—mucho menor que los valores observados en el turbulento viento solar, pero mayor que en el relativamente tranquilo medio interestelar local fuera de la influencia del Sol. Esto sugiere que las galaxias siguen una regla de escala en su mayor parte simple con desviaciones suaves, pero reales, respecto a la uniformidad. La amplitud y la ligera asimetría del espectro varían algo entre las muestras de galaxias más cercanas y las más lejanas, lo que insinúa que grandes vacíos y sutiles desviaciones de una expansión de Hubble ideal pueden dejar una huella mensurable en cómo se agrupan las galaxias.

Un sabor fractal en un Universo estándar

En términos cotidianos, el estudio sostiene que el Universo es, en general, coherente con la imagen cosmológica estándar mientras muestra aún así un “sabor fractal” en la disposición de las galaxias. La telaraña cósmica parece seguir leyes de escala similares a las observadas en fluidos turbulentos, y estos patrones pueden capturarse con recetas fractales sorprendentemente simples. Sin embargo, las desviaciones globales respecto a la suavidad son lo bastante pequeñas como para encajar cómodamente dentro de los modelos ΛCDM actuales de formación de estructuras. Todavía no podemos cartografiar más que una fracción diminuta de todas las galaxias, ni resolver por completo la red tridimensional, por lo que el veredicto final sobre si el cosmos es verdaderamente fractal permanece abierto. Por ahora, este trabajo muestra que los huecos oscuros del cielo nocturno y las hebras brillantes no son aleatorios: llevan una firma sutil de orden fractal escrita a lo largo de las mayores estructuras que podemos observar.

Cita: Macek, W.M., Wójcik, D. Fractal nature of galaxy clustering in the updated CfA redshift catalog. Sci Rep 16, 6181 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36013-3

Palabras clave: agrupamiento de galaxias, telaraña cósmica, universo fractal, estructura a gran escala, análisis multifractal