La idea clave para explicar la forma en que evolucionan las estructuras en el universo es la inestabilidad gravitacional . [1] Si se debe unir material para formar estructuras, entonces se requiere una fuerza de largo alcance, y la gravedad es la única posibilidad conocida. (Aunque el electromagnetismo es una fuerza de largo alcance, la neutralidad de carga exige que su influencia sea poco importante a gran escala). El panorama básico es el siguiente.
Supongamos que en algún momento inicial, digamos en el desacoplamiento , hay pequeñas irregularidades en la distribución de la materia. Las regiones con más materia ejercerán una mayor fuerza gravitatoria sobre sus regiones vecinas y, por lo tanto, tenderán a atraer el material circundante. Este material adicional las hace aún más densas que antes, aumentando su atracción gravitatoria y mejorando aún más su atracción sobre sus vecinas. Por lo tanto, una distribución irregular de la materia es inestable bajo la influencia de la gravedad y se vuelve cada vez más irregular a medida que pasa el tiempo.
Esta inestabilidad es exactamente lo que se necesita para explicar la observación de que el Universo es mucho más irregular ahora que en el momento del desacoplamiento, y la inestabilidad gravitatoria es aceptada casi universalmente como la influencia principal que conduce a la formación de estructuras en el Universo. Es una imagen atractivamente simple, bastante estropeada en la vida real por el hecho de que, si bien la gravedad puede tener el papel principal, muchos otros procesos también tienen un papel que desempeñar y las cosas se vuelven bastante complicadas. Por ejemplo, sabemos que la radiación tiene una presión proporcional a su densidad , y durante la formación de la estructura las irregularidades crean gradientes de presión que conducen a fuerzas que se oponen al colapso gravitatorio . Sabemos que los neutrinos se mueven relativísticamente y no interactúan con otro material, por lo que pueden escapar de las estructuras a medida que se forman. Y una vez que comienza la formación de la estructura, la compleja astrofísica de las estrellas, especialmente las supernovas , puede inyectar energía de nuevo en las regiones intergalácticas e influir en las regiones que aún no han completado su colapso gravitatorio. [2]