El origen del universo

EL ORIGEN DEL UNIVERSO
El origen del universo es el instante en que apareció toda la materia y la energía
que tenemos actualmente en el universo como consecuencia de una gran explosión.
Esta postulación es abiertamente aceptada por la ciencia en nuestros días y conlleva
que el universo podría haberse originado hace entre 13.500 y 15.000 millones de
años, en un instante definido. En la década de 1960, el astrónomo estadounidense
Edwin Hubble confirmó que el universo se estaba expandiendo, fenómeno que Albert
Einstein con la teoría de la relatividad general había predicho anteriormente.
Pocos astrónomos, si es que hay alguno, dudan hoy día de que el Universo esté en
vertiginosa expansión...
Como una colosal burbuja que se hincha, el espacio-tiempo se dilata en el Cosmos y,
a gran escala, todo se aleja de todo. Este concepto sorprendente de la astronomía
actual nunca pasó por la imaginación de nuestros antecesores. Para los antiguos
astrónomos, y mucho más para los observadores del cielo en las primitivas
civilizaciones, el Firmamento aparecía estático, inmutable y eterno.
Es cierto que el problema central de los antiguos filósofos griegos era explicar el
movimiento, los cambios naturales de las cosas que observaban en la naturaleza. Por
qué, por ejemplo, nacen, crecen y mueren los seres vivos o el tronco de leña se
transforma en cenizas al arder.
El universo se originó hace 14 millones de años en una gran explosión del espacio.
Toda la energía existente en el universo estaba concentrada en un punto más
pequeño que un átomo. La temperatura era muy alta y por esta razón no existía la
materia como la conocemos hoy.
Después de la explosión el espacio se expande y se enfría permitiendo la formación
de átomos, estrellas, galaxias y planetas a partir de partículas elementales.
Efecto Doppler
Es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento de la
fuente respecto a su observador.
Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo con respecto
al medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas
observadas es diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente. Este
fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler en honor a su descubridor.
En primer lugar, vamos a observar el fenómeno, y después obtendremos la fórmula
que relaciona la frecuencia de las ondas observadas con la frecuencia de las ondas
emitidas, la velocidad de propagación de las ondas, la velocidad del emisor y la
velocidad del observador.
Consideraremos que el emisor produce ondas de forma continua, pero solamente
representaremos los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el
emisor, separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar
en la experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas.
El universo en expansión
La expansión del universo no implica que exista un punto que sea el centro de esa
expansión, sino que un observador situado en cualquier punto del universo puede ver
que todas las galaxias se alejan de él en sentido radial y más aprisa cuanto más lejos
se hall El descubrimiento de la expansión del Universo empieza en 1912, con los
trabajos del astrónomo norteamericano Vesto M. Slipher. Mientras estudiaba los
espectros de las galaxias observó que, excepto en las más próximas, las líneas del
espectro se desplazan hacia el rojo.
Esto significa que la mayoría de las galaxias se alejan de la Vía Láctea ya que,
corrigiendo este efecto en los espectros de las galaxias, se demuestra que las
estrellas que las integran están compuestas de elementos químicos conocidos. Este
desplazamiento al rojo se debe al efecto Doppler.
Cualquier teoría cosmológica debe explicar, además de la expansión del universo,
estos dos hechos:
-
La abundancia de los elementos helio, deuterio y litio del universo. Las
estrellas en su evolución producen helio a partir de hidrógeno, pero esto no es
suficiente para justificar la enorme abundancia de este elemento, por lo que
su origen debe ser cosmológico.
-
La radiación de fondo. En 1965, Arno Allan Penzias y Robert Wilson
descubrieron casualmente, mientras probaban el funcionamiento de una
antena para su uso astronómico, un exceso de ruido térmico
La teoría general de la relatividad
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein (1880-1952) sobre la naturaleza
de la gravitación que rige en el universo, publicada el 1917, predecía que el espaciotiempo había de estar en expansión, es decir, que el universo había de aumentar de
volumen. Pero Einstein, creía que el universo era estático e inmutable, se horrorizó
ante las implicaciones de sus ecuaciones. Años después, Einstein se refería a ésta
"corrección" como el error más grande que había cometido en su vida.
Las ecuaciones de Einstein fueron reanudadas por el físico y matemático ruso
Alexander Friedmann el cual, el 1922, demostró que no se podía esperar que el
universo fuese estático. Friedmann predecía lo que Hubble observaría unos pocos
años después.
Big Bang
En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría
de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una
explosión gigantesca y que los diversos se produjeron durante los primeros minutos
después de la Gran Explosión, cuando la temperatura extremadamente alta y la
densidad del Universo fusionaron partículas en los elementos químicos. Cálculos más
recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios de
la Gran Explosión, y los elementos más pesados se produjeron más tarde. A causa de
su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo
se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se
condensaron en estrellas y en galaxias. Según se expandía el Universo, la radiación
residual de la Gran Explosión continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura
de unos -270ºC. Durante 300 mil años, el universo era una bola brillante dominada
por la radiación y la materia estaba completamente ionizada.
Las génesis de los elementos: polvo de estrellas
Las reacciones nucleares, la fusión de protones y la captura de neutrones son los
procesos principales por los que se han formado los elementos químicos en el
universo.
Por sorprendente que resulte los átomos de nuestros cuerpos se crearon en el interior
de una estrella, sometidos a inmensas presiones y enormes temperaturas, que
resultan difíciles de comprender para nosotros.
Todos somos polvo de estrellas", la frase es de Carl Sagan. Todo empezó en el siglo
XIX cuando los científicos empezaron a preguntarse de donde venia la energía del sol.
Ninguna reacción química o proceso físico conocido podían proporcionar la energía
necesaria durante el tiempo que llevaba existiendo nuestro planeta.
Cuando se descubrió la fusión nuclear se comprendió el proceso que proporcionaba
esa inmensa cantidad de energía a partir del hidrógeno.. En los cinco primeros
minutos después de Bing Bang se formaron los primeros átomos, hidrógeno, helio y
pequeñas trazas de deuterio y litio.
Más tarde aparecieron las primeras estrellas que inicialmente tenían esa misma
composición. Desde entonces diversos procesos de fusión, denominados
nucleosintesis, han ido generando átomos cada vez mas pesados como el calcio o el
hierro a partir de elementos menos masivos.
Evolución de las estrellas y el origen de los elementos
Debido a la cantidad y a la gran variedad de estrellas existentes, se logra tener una
idea de su evolución observando estrellas en las diversas fases (o etapas) de su
existencia: desde su formación hasta su desaparición.
Diferentes elementos químicos absorben o emiten luz según la temperatura a que se
encuentren; de esta manera la presencia de ciertos elementos en la atmósfera de la
estrella, indica su temperatura.
Los astrónomos han diseñado un sistema de clasificación de estrellas, de acuerdo a
las características que presentan sus respectivos espectros. En ese esquema, las
estrellas se ordenan desde las más calientes a las más frías, en tipos espectrales que
se identifican según el siguiente patrón de letras:
OBAFGKM
En la siguiente Tabla se indican la temperatura característica (en grados centígrados,
ºC) de cada tipo espectral.
Tipo Espectral Temperatura (ºC)
O
40.000
B
25.000
A
11.000
F
7.600
G
6.000
K
5.100
M
2.500
Después de cinco a diez mil millones de años, una estrella como el Sol evoluciona a
un estado denominado de gigante roja: un objeto de gran tamaño, mucha más fría y
de una coloración rojiza. Su temperatura superficial disminuye y por lo tanto toma
color rojizo. La gigante roja brillará hasta que su núcleo genere cada vez menos
energía y calor.
Con el nombre de nebulosas planetarias, se define a una estrella muy caliente y
pequeña, rodeada por una esfera de gas fluorescente en lenta expansión; algunas
fotografiadas con potentes telescopios, muestran que esas nebulosas tienen forma de
anillo, razón por la cual se le ha dado ese nombre, ya que su aspecto observada en el
telescopio es similar al disco de un planeta.
Finalmente, hacia el término de su existencia, esas estrellas se convierten en objetos
de pequeñas dimensiones calientes y de color blanco: son las enanas blancas. La
materia de estos objetos se halla extremadamente comprimida.
En la explosión de supernova se produce un catastrófico colapso de la estrella;
debido a su gran masa. En estas condiciones toda la masa de una estrella ordinaria
(como el Sol) se comprime en una pequeña esfera de apenas 15 Km. de diámetro; a
estos diminutos astros se los ha bautizado estrellas de neutrones. La materia en
estos objetos se ha comprimido a tal extremo y su densidad alcanza a valores tan
grandes, que los electrones se combinan con los protones dando lugar a la formación
de nuevos neutrones.
Agujero negro, es una región finita del espacio-tiempo provocada por una gran
concentración de masa en su interior, con enorme aumento de la densidad, lo que
genera un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera los
fotones de luz, puede escapar de dicha región.
La curvatura del espacio-tiempo o «gravedad de un agujero negro» provoca una
singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. Esto
es debido a la gran cantidad de energía del objeto celeste.