XII. MÁS ALLÁ DE LA GALAXIA
MILES de años tuvieron que transcurrir para que el hombre supiera que la Tierra no es el centro del Universo, mientras que sólo fueron necesarios poco más de 300 para que se diera cuenta de que el Sol es una estrella más entre muchas otras. En los últimos 200 años comenzó a tomar conciencia de que podían existir otros sistemas como el nuestro, pero ha sido únicamente durante el presente siglo cuando ha podido establecer con certeza que formamos parte de un gigantesco y complejo sistema estelar.
Uno de los problemas más interesantes de la astronomía contemporánea es tratar de entender cómo se formaron las galaxias y qué ha determinado su estructura. Las observaciones muestran que alrededor de 60% de todas las conocidas son espirales, otro 30% son elípticas y el 10% restante resulta ser de galaxias irregulares. Si se supiera la causa de por qué esto ha sido así, se aclararían hechos importantes ocurridos en las etapas tempranas de la evolución del Universo. De ahí que muchos astrónomos se encuentren interesados en el estudio tanto de las propiedades generales de las galaxias, como de las particulares, objetos que, como se verá en este capítulo final, son los constituyentes básicos del Universo.
Los avances científicos han ocurrido tan rápidamente que los astrónomos comenzaron a investigar lo que hay más allá de nuestra Galaxia aun antes de conocer muchas de sus características principales. Este proceso, que apenas comienza, está mostrando que existen miles de millones de galaxias. Además, por primera vez en la historia humana se empieza a divulgar información sobre la estructura del Universo a gran escala. Estas investigaciones que nos remontan en el espacio y en el tiempo son las que dan el carácter de ciencia a la cosmología. Motivadas por la antigua inquietud de la humanidad por entender su papel dentro del cosmos, servirán para que el conocimiento avance un poco más.
La adecuada combinación de los grandes telescopios reflectores y las placas fotográficas especialmente fabricadas para la investigación astronómica, han proporcionado datos seguros que indican la existencia de objetos localizados más allá de los límites de nuestra galaxia. Los dos más próximos son las Nubes de Magallanes que, como ya se ha mencionado, son galaxias de tipo irregular. Ambas son satélites de la Galaxia, ya que se encuentran orbitando a su alrededor. También se ha comprobado que existe un importante flujo de materia entre ellas y la nuestra.
Estas dos galaxias, que son visibles a simple vista desde el hemisferio sur, fueron descubiertas por los occidentales cuando Fernando de Magallanes, realizó su viaje alrededor del mundo. A simple vista parecen sólo unas nubes luminosas, por lo cual poco después de su descubrimiento comenzaron a ser llamadas Nubes de Magallanes.
La más grande y cercana es la Nube Mayor (figura 76), que se localiza en dirección de la constelación de Dorado. La observación de sus cefeidas ha permitido establecer que su distancia es de 180 000 años luz. La Nube Menor se ubica en dirección de la constelación del Tucán y su distancia es de 200 000 años luz.
Las dimensiones de la mayor son del orden de 16 300 años luz, valor que comparado con el tamaño de la Galaxia o de Andrómeda, hacen que ese sistema parezca pequeño. Su masa total, que es de 10 000 000 000 de masas solares, equivale solamente a un décimo de la masa que hay en el disco de la nuestra.
Aunque la Nube Menor también es irregular, su estructura es más compleja que la de la mayor. Sus dimensiones se estiman en 7 000 años luz y su masa es de alrededor de 6 000 000 000 de masas solares.
Por su relativa cercanía, la observación detallada de estas dos galaxias ha
servido para ampliar extensamente diversos aspectos de las teorías astronómicas
actuales, ya que han funcionado como laboratorios para que los astrónomos estudien
en ellas objetos similares a los que hay en nuestra galaxia, pero que por la
posición que ocupamos en ella son difíciles de observar. La más reciente situación
de este tipo sucedió en 1987, cuando se descubrió una supernova
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en la Nube Mayor, cuya estrella progenitora había sido estudiada de manera cuidadosa
varios años antes de que ocurriera su destrucción, brindando así, por primera
vez en la larga historia de la astronomía, datos seguros sobre una estrella
que se transformó en supernova. La observación de este objeto ha venido a corroborar
diferentes aspectos de las teorías de evolución estelar, lo que sin lugar a
dudas ha enriquecido nuestros conocimientos sobre los complejos mecanismos que
actúan en las etapas finales de la existencia de las estrellas.
![[FNT 77]](../imgs/155_251.jpg)
Figura 76. La Nube Mayor de Magallanes.
La Galaxia tiene otros satélites, pero al ser menos prominentes que las Nubes de Magallanes es bien poco lo que se sabe de esas galaxias. Recientemente se ha descubierto que a unos 80 000 años luz hay una más. Su brillo es tan débil que para detectarla ha sido necesario emplear los más poderosos instrumentos actuales. La masa de esta pequeña galaxia es considerablemente menor que la de las Nubes de Magallanes, por lo que objetos de su tipo son llamados "galaxias enanas". La distancia que nos separa de ella la convierte en la galaxia más cercana entre las 11 que orbitan nuestra Galaxia.
Más allá de estos objetos puede observarse que existen otras galaxias, que junto con ellos forman un bien definido conglomerado de galaxias que es conocido como el Grupo Local. Hasta la fecha se ha determinado que éste tiene algo más de 30 miembros, entre los que hay galaxias espirales, elípticas e irregulares. Es probable que al Grupo Local pertenezcan galaxias como NGC 3109, localizada en Carina a unos 554 000 años luz, y otra que está en la constelación del Fénix a casi 6 000 000 de años luz. Los miembros del Grupo Local están dispersos en diferentes direcciones de un enorme volumen irregular cuyo diámetro se estima en al menos 10 000 000 años luz.
Por sus dimensiones y masas, los miembros más prominentes de este grupo son Andrómeda y nuestro propio sistema, que junto con M 33 (figura 77) son las tres espirales de este conglomerado. El Grupo Local también contiene 4 galaxias irregulares y 23 elípticas del tipo enano. Es posible que además existan otros miembros, pero debido a su bajo brillo superficial y a su lejanía no han sido identificados todavía. También es posible que el plano y el núcleo de nuestra galaxia impidan ver algunos miembros más. Pero, como quiera que sea, aun cuando se descubran otras galaxias pertenecientes al Grupo Local, éste no dejará de ser un conglomerado de pocos miembros, por lo que como cúmulo de galaxias resulta ser mínimo.
El miembro más prominente del Grupo Local es la galaxia de Andrómeda, que por su forma es muy similar a la nuestra. Se encuentra alejada de nosotros ¡2 200 000 años luz! Está constituida principalmente por gas, polvo y por unos 300 000 000 000 de estrellas. Durante las noches oscuras del verano es visible a simple vista para los observadores del hemisferio boreal, y parece una mancha difusa de coloración blanquecina, ubicada en dirección de la constelación de Andrómeda, de donde toma su nombre (véase la figura 42).
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Figura 77. M 33, galaxia espiral de la constelación del Triángulo. Es una de las tres espirales conocidas como grupo local. Véase la figura 62.
El diámetro de este gigantesco sistema es de 163 000 años luz. A partir de observaciones espectroscópicas se ha determinado que su movimiento la aproxima a la nuestra a una velocidad del orden de 500 km/s. Esta galaxia también está siendo orbitada por otras de menor tamaño, como las tres galaxias enanas de tipo elíptico llamadas Andrómeda I, II y III, así como por M32 (figura 78), localizada en su vecindad inmediata. Un poco más alejada se encuentra NGC205, también satélite de la gran galaxia de Andrómeda (véase la figura 70).
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Figura 78. La galaxia elíptica M 32, también satélite de la de Andrómeda.
En 1934 apareció un artículo titulado "The Distribution of Extragalactic Nebulae" ("La distribución de las nebulosas extragalácticas"), donde Hubble presentó los resultados de los conteos de galaxias que realizó utilizando un gran número de placas fotográficas obtenidas con los telescopios de 1.5 y 2.5 metros de diámetro del observatorio de Monte Wilson. En ese importante trabajo identificó de 44 000 galaxias de todo tipo, distribuidas en más de 1 000 diferentes direcciones en las 3/4 partes más norteñas del firmamento. Excepto en las regiones oscuras del plano galáctico, Hubble encontró galaxias en todas las direcciones de la esfera celeste, y notó que presentaban una tendencia a formar pequeños grupos de dos o tres galaxias (figura 79), aunque también halló grupos mayores que podían tener cientos de miembros. A estos agrupamientos, ya fueran grandes o pequeños, se les llamó cúmulos de galaxias. Uno de ellos es el Grupo Local.
![[FNT 80]](../imgs/155_255.jpg)
Figura 79. Dos galaxias espirales.
El tamaño, la forma, la distribución, la distancia y el número de miembros que tienen los diferentes cúmulos de galaxias varía grandemente, pero en todos los casos sus constituyentes elementales son galaxias. Algunos llegan a estar formados por miles de ellas. Los más cercanos al Grupo Local se encuentran a unos 40 000 000 de años luz, mientras que los más alejados que ha sido posible observar se encuentran a unos 10 000 000 000, y es muy probable que cuando los telescopios permitan ver más lejos observemos todavía más cúmulos de galaxias. En el inmenso volumen que ahora puede observarse con estos instrumentos hay millones de galaxias, lo que sirve para darnos una idea sobre la complejidad del cosmos.
En la dirección de la constelación de los Perros de Caza se encuentra uno de los cúmulos más próximos al nuestro. Una de sus galaxias prominentes es precisamente la que mostró a Parsons la existencia de estructuras espirales. Este objeto, que se encuentra a 32 000 000 de años luz es M 51, también conocida como la galaxia del Remolino. Colocada frontalmente a nuestra línea de visión permite observar con gran detalle sus bien formados brazos espirales, y por su relativa cercanía ha sido posible estudiar con detalle su estructura (figura 80). Una particularidad muy especial de este objeto es el brazo espiral alargado y algo deforme que la conecta con otra galaxia. Las observaciones cuidadosas han demostrado que, en efecto, la estructura brillante que se encuentra al final de ese brazo es una galaxia, muy probablemente del tipo irregular, y no otro detalle de M 51. Este segundo objeto ha sido denominado NGC 5195. El sistema así formado es un ejemplo claro de interacción entre dos galaxias.
En todos los casos, la causa que mantiene la estructura interna de cada uno de estos colosos cósmicos es la fuerza de gravedad producida por la masa de cada galaxia que los forma. Esta fuerza atractiva hace que se mantengan ligados de manera activa todos los miembros del cúmulo, dando estabilidad dinámica al grupo. Esto es válido para sistemas pequeños, como el Grupo Local, o para enormes conglomerados, como los cúmulos de Virgo o de Coma.
![[FNT 81]](../imgs/155_257.jpg)
Figura 80. M 51 o galaxia del remolino. En esta imagen también puede apreciarse la galaxia irregular NGC 5195.
Figura 81. La gigantesca galaxia elíptica M 87. En la fotografía puede verse parte del chorro cósmico que le da un carácter peculiar.
El de Virgo está formado por unas 2 500 galaxias y se encuentra en dirección de la constelación de ese nombre, localizado a 65 000 000 de años luz de nosotros. Su diámetro es de unos 10 000 000 de años luz. Su miembro más destacado es la galaxia elíptica Messier 87 (figura 81), gigantesco sistema con una masa 500 veces mayor que la de nuestra galaxia. Ese objeto está siendo muy estudiado, pues además de sus espectaculares dimensiones muestra una actividad poco común, su alta emisión de rayos X. La energía radiada en ese intervalo de longitudes de onda por dicha galaxia corresponde a la cuarta parte del total emitido por todo el cúmulo de Virgo. Otra manifestación de la gran actividad de M 87 es la presencia de un chorro de materia, que partiendo de su región nuclear alcanza 6 500 años luz de largo. Aunque desde años atrás se conocía la existencia de este chorro cósmico, sólo muy recientemente ha sido posible registrarlo con detalle, y se ha comprobado que se debe a fenómenos que incluyen energías de orden tan grande que sólo pueden ocurrir en los núcleos de ciertas galaxias, a las que se ha llamado galaxias activas. En el cúmulo de Virgo también se localiza la galaxia del Sombrero (figura 82), llamada así porque su forma parece la de un sombrero de charro. Esta galaxia espiral se ve de canto, y destaca en ella una banda oscura que parece dividirla longitudinalmente en dos, y que se encuentra formada por inmensas nubes oscuras. La masa de la galaxia del Sombrero duplica la de la nuestra. Si pudiéramos observar la nuestra de la misma manera, presentaría un aspecto similar a la del Sombrero (véase diagrama superior de la figura 74).
El cúmulo de Coma es aún mayor que el de Virgo. Está situado a unos 450 000 000 de años luz precisamente en dirección de la constelación de Coma Berenice (la cabellera de Berenice). En él se han observado dos de las mayores galaxias conocidas, que han resultado ser del tipo elíptico.
Otros cúmulos de galaxias de importancia son el de Hércules (figura 83), localizado a 500 000 000 de años luz, el de la Osa Mayor, que dista 1 000 000 000, el de la Corona Boreal, que se localiza a 1400, el del Botero, que está a 2 500 y el de Hidra, que se sitúa a 3 960 000 000 de años luz. Estos son sólo algunos, pues hay muchos otros más.
La compleja interacción entre las galaxias de un cúmulo, así como la manera en que actúan entre sí los diferentes cúmulos constituyen campos de investigación actuales. Hay mucho que aprender sobre el origen y evolución de estas enormes estructuras cósmicas, pues además de su composición interna también hay que comprender cómo se forman los puentes materiales entre ellos, ya que se ha descubierto que se conectan entre sí por materia que emite fuertemente en la banda de radiofrecuencias, razón por la que sólo con el perfeccionamiento de los radiotelescopios se han podido observar esos fenómenos. Seguramente su estudio ampliará nuestra comprensión del Universo.
![[FNT 83]](../imgs/155_260.jpg)
Figura 82. M 104 o galaxia espiral del Sombrero.
Otro problema de gran interés en este campo es el estudio de la interacción directa que llega a ocurrir entre galaxias de un mismo grupo. En efecto, las fotografías muestran que hay casos en que tan gigantescos sistemas están chocando entre sí. Ese proceso realmente no afecta a la inmensa mayoría de las estrellas que pertenecen a las galaxias en colisión, ya que por su distribución espacial no sufren interacción directa. Sin embargo, no sucede lo mismo con el gas que forma a cada una de las galaxias, pues éste sí es afectado por la fricción o viscocidad generada por el choque de las componentes gaseosas de ambas galaxias, lo que origina un intercambio de energía entre ellas. Hasta la fecha es muy poco lo que se sabe sobre cómo afecta esta interacción a cada una de las galaxias.
![[FNT 84]](../imgs/155_261.jpg)
Figura 83. El cúmulo de galaxias de Hércules. Cada imagen extendida es una galaxia. En esta fotografía pueden contarse más de 40.
Cuando un astrónomo habla del universo visible u observable se está refiriendo a la inmensa región espacial que puede estudiar con la ayuda de los más grandes y modernos telescopios, y no quiere decir que está observando los límites físicos del Universo, pues hasta la fecha no ha sido posible establecer si éste es finito o infinito.
Evidentemente el universo observable aumenta sus dimensiones conforme los nuevos instrumentos permiten detectar objetos celestes cada vez más alejados. En la actualidad, y gracias a la puesta en operación del Telescopio Espacial Hubble, el radio del universo visible alcanza un valor de 14 000 000 000 años luz. Estas dimensiones se han determinado observando objetos cósmicos muy lejanos como los cuasares, galaxias en una fase primitiva de su evolución; que son poderosas fuentes de radiación de muy alto brillo, lo que permite observarlas a distancias enormes.
El estudio detallado de la estructura que el Universo presenta a gran escala se ha iniciado hace unos cuantos años, y todavía es muy poco lo que se sabe respecto de ella. Con la ayuda de las computadoras más poderosas y utilizando los datos observacionales sobre la localización de casi un millón de galaxias y de los cúmulos de galaxias correspondientes, los astrónomos están elaborando mapas de su distribución en el firmamento. Como resultado de esto se está obteniendo una estructura realmente compleja, que muestra los cúmulos de galaxias agrupados para formar supercúmulos, que son las mayores estructuras identificables hasta el momento en el Universo. Esos mapas muestran que se encuentra formado por grandes agregados de materia con forma de filamentos y superficies alabeadas que encierran inmensas regiones prácticamente vacías, sin ningún tipo de galaxias, y sin que hasta la fecha se sepa por qué ocurren estos fenómenos.
El estudio tanto teórico como observacional de las características físicas actuales del cosmos ha permitido que los astrofísicos expliquen —al menos en forma general— el origen y evolución del Universo mediante la elaboración de modelos cosmológicos.
Un hecho observacional fundamental que debe considerar cualquier modelo de este tipo es que el universo observable en su conjunto está en expansión. En efecto, al medir las velocidades radiales que muestran los espectros de las diferentes galaxias, y al interpretar el desplazamiento de las líneas espectrales empleando el efecto Doppler, Hubble encontró en 1929 que éstas se encuentran corridas hacia la región espectral roja, lo que significa que se están alejando entre sí a enormes velocidades. Debe mencionarse que en aquella época otros investigadores también trabajaron en la medición de las velocidades radiales de las galaxias, pero fue Hubble quien realmente se dio cuenta de que existía una relación entre las distancias a las que se encontraban las galaxias y la velocidad a las que éstas se desplazan en dirección de la línea de visión del observador, pues las más distantes se alejan más rápidamente. Al aumentar el número de galaxias con velocidades radiales bien determinadas, se ha visto confirmada la validez de esta relación conocida como Ley de Hubble.
Es importante aclarar que este efecto de expansión ocurre sólo a gran escala, y no debe pensarse que el Sistema Solar se está expandiendo o que la Galaxia en su conjunto sufre este fenómeno. La expansión del Universo se da en sus componentes básicos, que son las galaxias. Las velocidades de alejamiento o recesión que muestran estos objetos son realmente asombrosas. Cúmulos de galaxias como algunos de los que hemos mencionado en párrafos anteriores se alejan de nosotros a velocidades de miles de kilómetros por segundo. El cúmulo de Virgo tiene una velocidad de recesión de 1 200 km/s. El de la Osa Mayor se aleja a 15000 km/s y el de la Corona Boreal lo hace a 22 000 km/s, mientras que la velocidad de recesión del cúmulo del Botero es de 39 000 km/s, y el de la Hidra, que está más alejado todavía, viaja a 61 000 km/s.
Otro hecho observacional de gran importancia que deben considerar quienes intentan explicar el origen y evolución del Universo es la bien establecida existencia de la llamada radiación de fondo, la cual se encuentra uniformemente distribuida en todo el cosmos. Esta radiación, que actualmente tiene una temperatura de 3° Kelvin, es la huella térmica de las primeras etapas de formación del Universo.
Tomando en cuenta esos dos importantes hechos, y utilizando otros datos relevantes,
los astrofísicos han construido el llamado modelo de la Gran Explosión,
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con el cual intentan explicar cómo y cuándo se formó el Universo. De acuerdo
con este modelo, se acepta que hace unos 15 000 000 000 de años el Universo
se originó en una violentísima explosión. Este tiempo, que se conoce como edad
de Hubble, ha sido determinado partiendo del valor de la velocidad de expansión
que en la actualidad se ha medido, y suponiendo que ella ha sido constante desde
que tuvo lugar el gran estallido.
Según el modelo, en el principio ese universo era en extremo denso y caliente, pues ahí estaba concentrada toda la materia y toda la energía. Después de varias etapas, algunas de ellas extremadamente breves (sólo fracciones de segundo), se formaron primeramente las llamadas partículas elementales, y posteriormente los átomos de elementos como el hidrógeno, el helio y el litio, para después de unos 500 000 años dar inicio a la formación de las galaxias.
Partiendo de un punto (la singularidad en el espacio) y de un instante inicial (la singularidad en el tiempo), todo comenzó a expandirse, a enfriarse y a evolucionar. Al paso del tiempo la expansión ha continuado, así como el enfriamiento. La radiación de fondo es precisamente un vestigio de ese inicio muy caliente del Universo.
Según estas ideas, el futuro del Universo puede ocurrir de una de estas dos maneras: la expansión proseguirá indefinidamente, lo que hará que el Universo se enfríe completamente, llegando así a una muerte por congelamiento absoluto; o bien, la expansión puede detenerse en algún momento como consecuencia de la atracción que ejerce la materia contenida en el Universo. Una vez detenida la expansión, esa fuerza atractiva dará origen a un proceso de contracción, en todo inverso a la etapa anterior, volviendo así en escalas de tiempo del orden de los miles de millones de años, a concentrarse nuevamente en un punto o singularidad, lo que permitirá el inicio de otra gran explosión. La materia oscura ya mencionada es de suma importancia en este tipo de modelos cosmológicos, ya que su inconmensurable masa es la que podría frenar el estado actual de expansión del Universo y revertir ese proceso.
Aunque hay otros modelos que tratan de explicar el origen y la evolución de todo el cosmos, el de la Gran Explosión es el más aceptado por la mayoría de los astrónomos, y el que mejor se ajusta a la evidencia observacional disponible, aunque debe indicarse que ésta es más bien pobre. En los últimos años han surgido variantes de este modelo que intentan superar algunas de sus limitaciones, pero la esencia de ellos es la misma.
Sin lugar a dudas uno de los interrogantes que más ha inquietado a la humanidad ha sido entender cuál es su lugar dentro de la compleja estructura cósmica. Los caminos que el hombre siguió para buscar respuestas han sido variados y muchas veces conflictivos. La religión, la filosofía y la ciencia han sido los medios de que se ha valido para resolver este interrogante congénito. Sólo en los últimos siglos la astronomía le ha brindado respuestas claras sobre este particular. Al mismo tiempo que le ha demostrado que la Tierra no es plana y que no ocupa el centro del Universo, le ha proporcionado elementos que no sólo le permiten entender su posición en el cosmos, sino sacar provecho de ello.
Al alejarlo del centro del Universo no lo ha dejado desprotegido intelectualmente, pues le ha mostrado las enormes potencialidades de su mente, ya que, aunque está incapacitado físicamente para desplazarse por el cosmos, ha sabido encontrar información que le ha permitido entender la estructura y evolución de un universo inconmensurablemente mayor que él, tanto espacial como temporalmente. Gracias a este conocimiento ha podido estructurar de manera racional el estudio de la naturaleza, lo que a su vez ha ahuyentado de su vida una compleja serie de mitos y tabúes, haciéndolo más libre y, sobre todo, autocrítico, condiciones esenciales del conocimiento científico.
Para confirmar lo expresado en los párrafos precedentes, mencionaremos que Auguste Comte (1798-1857), el destacado filósofo francés que con su doctrina positivista intentó sistematizar el estudio de las disciplinas científicas, señalaba que uno de los problemas que por su propia naturaleza no pueden ser resueltos por el hombre es el de saber de qué están hechas las estrellas, ya que le son inaccesibles. Esta afirmación la hizo sólo tres décadas antes de que los trabajos de Kirchhoff y Bunsen demostraran que sí era posible determinar la composición química de los cuerpos celestes, brindando así a la humanidad la posibilidad de conocer las características físicas de cuerpos que nunca podrá tener en sus laboratorios.
El tiempo transcurrido desde que el mundo del hombre se reducía al exterior inmediato de las cavernas que le sirvieron de refugio hace miles de años, hasta la actualidad en que ha llegado a comprender que está inmerso en un diminuto planeta que gira en torno a una estrella que junto con otros miles de millones forman una galaxia que también es una entre millones, puede parecernos muy largo, pero si se le compara con la duración de los eventos cósmicos que está estudiando podremos apreciar lo rápido que ha avanzado en el conocimiento del lugar que ocupa en el Universo.
Para finalizar, es importante destacar que a lo largo del proceso que ha permitido establecer los resultados que se han comentado en este libro han participado muchos más pensadores que los que aquí se han mencionado. También han surgido muchas y muy variadas ideas, pero por la naturaleza de este trabajo nos hemos visto restringidos a mencionar lo que se considera de mayor importancia para el tema, sin que ello signifique que es lo único que se ha hecho en astronomía.
Como siempre sucede en el proceso de investigación científica, cuando se encuentran respuestas a problemas específicos surgen otros que obligan a plantear nuevas líneas de investigación. Este continuo fluir de información es lo que proporciona vitalidad a la ciencia. En el caso de la astronomía hemos visto que, al buscar respuesta a preguntas muy antiguas, ha surgido toda una manera diferente de entender el Universo, lo que sin lugar a dudas ha enriquecido nuestras capacidades intelectuales.