UNIVERSO




UNIVERSO

¿Dónde estamos?


Nuestro pequeño planeta, inmerso en el espacio, que gira alrededor de una estrella común, se encuentra en el brazo (brazo de Orión) de una enorme galaxia espiral, la Vía Láctea, una más de las innumerables que se encuentran distribuidas por el universo. Cerca de la Tierra se encuentran otros planetas, planetas enanos, satélites, asteroides y cometas, todos ellos orbitando nuestro Sol, atrapados por su potente fuerza de atracción gravitatoria, formando lo que llamamos el Sistema Solar.



Representación artística de la Vía Láctea
 Crédito: NASA


Representación artística del Sistema Solar
Crédito: NASA



Alrededor de nuestro sistema estelar, a miles de años luz de distancia, se encuentran millones y millones de estrellas de todo tipo, enanas, supergigantes, agujeros negros, púlsares, estrellas múltiples ...; hay lugares donde nacen las estrellas y otros donde quedan los restos de las muertes de otras, como las nebulosas; y existen lugares donde parecen congregarse las estrellas, como los cúmulos. Todo este impresionante conjunto forma nuestra galaxia, la Vía Láctea. Se piensa que nuestra galaxia puede albergar unos 100.000 millones de estrellas.

La Vía Láctea se encuentra en un grupo de galaxias, el llamado Grupo Local, formado por unas 30 galaxias, divididas en 3 grandes grupos, uno por cada galaxia masiva del grupo:

- El Sistema de Andrómeda, que lo integran la propia Andrómeda (M31), M32, M110, NGC 147, NGC 185, Andrómeda I, Andrómeda II, Andrómeda III y Andrómeda IV.

- El Sistema de la Vía Láctea, integrado por la Vía Láctea, Enana de Sagitario, Gran Nube de Magallanes, Pequeña Nube de Magallanes, Enana de Ursa Minor, Enana de Draco, Enana de Carina, Enana de Sextans, Enana de Sculptor, Enana de Formas, Leo I, Leo II y Enana de Tucana.

- El Sistema del Triángulo, integrado por M33 y Enana de Piscis.

    Galaxia NGC 4038-4039
    Crédito: NASA , ESA , and the Hubble Heritage Team ( STScI / AURA )- ESA /Huble Collaborationb
    Galaxia espiral del Triángulo (M33)
    Crédito: NASA
A su vez, este cúmulo de galaxias, queda integrado dentro del Supercúmulo de Virgo, el cual está formado por unos 10 grupos o cúmulos de galaxias. Se estima que pueden existir unos 10 millones de supercúmulos en el universo.

Cómo comenzó

Se cree que todo comenzó hace unos 15.000 millones de años, cuando todo el material del universo se encontraba concentrado en un solo punto. Las investigaciones indican que hubo una gran explosión, el llamado Big Bang, y desató el inicio de la formación del universo. En los primeros instantes de la explosión el universo se convierte en una inmensa bola de fuego que aumenta de tamaño a muchísima velocidad y con una temperatura de miles de millones de grados. Aproximadamente un minuto después de la explosión, el universo se ha convertido en un enorme reactor termonuclear y se comienzan a formar los primeros núcleos de helio a partir de los de hidrógeno. Es necesario que transcurran miles de años para que la temperatura descienda lo suficiente para que se puedan formar los átomos, es entonces cuando la materia comienza a agruparse por la fuerza de la gravedad y surgen las primeras estrellas. Se necesitarán aún miles de millones de años para que, gracias a la formación de inmensas nubes de gas, compuestas primordialmente de hidrógeno y helio, y por su propia gravitación, comiencen a aparecer las primeras galaxias.

Evolución del universo y de las galaxias
Crédito: NASA, ESA y A. Feild (STScl)


Galaxias espirales, NGC 2207 y 2163 interactuando
Crédito: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScl)




No se conoce la forma exacta del mecanismo de la formación de una estrella, pero de alguna manera el gas se empieza a aglutinar en diferentes puntos bajo el efecto de su propia gravedad, formando nubes cada vez más densas. Un núcleo denso, que podría ser unas 60 veces mayor que el sol, la protoestrella, empieza a formase rodeado por un halo de gas. Debido al aumento de presión, cada vez mayor, y tras unos 50.000 años, el centro de la protoestrella se vuelve tan caliente que da principio la combustión nuclear y se inicia la transformación de átomos de hidrógeno en átomos de helio. Ha nacido una estrella.

La fuerza de expansión de la energía liberada en esta transformación contrarresta la fuerza de la gravedad de la estrella, lo que impide que se colapse totalmente y se estabilice. Al cabo de unos 10 millones de años se acaba el hidrógeno del núcleo. Al no existir una fuerza que contrarreste a la gravedad, éste se contrae y calienta aún más. Al mismo tiempo, el hidrógeno restante, en una corteza exterior, continúa fusionándose y se convierte en helio; la estrella se expande hasta llegar a ser una gigante roja. El núcleo se calienta al grado de poder convertir, por fusión, el helio en carbono. En fusiones sucesivas, el carbono da origen a elementos mas pesados, hasta llegar al hierro. Al llegar a éste ya no se genera más energía por fusión nuclear, y la parte media de la estrella se desintegra en forma catastrófica por efecto de su propia gravedad. El colapso libera energía hacia las partes exteriores y origina la explosión mas violenta que se conoce en el universo: la supernova.


Supernova 1994D en Galaxia NGC 4526 (abajo-izquierda)
Crédito: NASA, ESA, The Hubble Key Project Team, and The High-Z Supernova Search Team

Después de la explosión, la supernova despide ondas de choque y nubes de gas. A partir de este gas se forma una nueva generación de estrellas, enriquecidas con elementos creados en las fusiones de la vieja estrella y elementos mas pesados creados en la tremenda explosión, y en el caso el Sol, de planetas en los que puede evolucionar la vida. Así, cada átomo de nuestro mundo se fusionó en el núcleo incandescente de una estrella gigante, que al explotar esparció los elementos necesarios para la formación de estrellas y planetas. Fue la primera generación de estrellas, estrellas gigantes, las cuales han desaparecido casi en su totalidad, y vivimos gracias a su legado. No todas las estrellas de la primera generación fueron así, pero estas son las que hicieron posible la creación de los planetas y de nosotros mismos.

De la supernova solo sobrevive el núcleo, de una extraordinaria densidad y de pocos kilómetros de diámetro. La enorme presión generada logra triturar absolutamente todo hasta convertirlo en neutrones, los que se concentran y compactan. Ha nacido una estrella de neutrones, la cual gira hasta 30 veces por segundo y emite señales de radio que se concentran en los polos magnéticos. Al barrer el espacio como el haz de la luz de un faro, los radioastrónomos captan esas señales en forma de pulsaciones, por ello, en su descubrimiento se los llamó púlsares.

Si la masa inicial es de 50 veces la del Sol, en vez de convertirse en una supernova, la inmensa fuerza de la gravedad hará que la estrella implosione sin remedio hasta convertirla en un agujero negro, donde ni siquiera la luz es capaz de escapar al intenso campo gravitatorio y donde el espacio y el tiempo se funden y contraen.

Visión artística de un agujero negro
Crédito: NASA, G. Bacon (STScl)


 Nuestro sistema

Durante la formación de una estrella como el Sol, los fragmentos de una nube de gas llegan a tardar un millón de años en contraerse hasta el tamaño del sistema solar. A medida que la nube se compacta, la liberación de energía gravitacional calienta el núcleo, el cual comienza a resplandecer. Un millón de años después de la condensación de la nube original, el Sol medía la mitad de su diámetro actual y su brillantez era de una vez y media la de la actual. En su núcleo se inician las reacciones termonucleares. La rotación obtenida al contraerse, aplanó la nube original y la cambió a un disco plano. El polvo y el gas del disco se aglutinaron en la periferia hasta formar protoplanetas.


30 millones de años después, el Sol alcanzó un estado semejante al que tiene ahora. Se inicia la transformación de hidrógeno en helio. Los protoplanetas crecieron lo suficiente para lograr atraer casi todas las partículas circundantes y convertirse así en planetas. El sistema se estabiliza y transcurren unos 4.600 millones de años así.


El hidrógeno de nuestra estrella se consumirá en unos 4.000 millones de años más. En ese momento, la combustión del hidrógeno se extenderá a las capas exteriores, las cuales se expandirán, como una gigante roja, absorbiendo en ese proceso a todos los planetas interiores. El helio que quedaba en el núcleo también se agotará, haciendo que el núcleo se contraiga y se caliente más, aunque no lo suficiente como para quemar elementos mas pesados. Las capas superiores del hidrógeno sin quemar se expandirán y formarán una nebulosa planetaria, y las capas inferiores darán lugar a una estrella enana blanca. Con el tiempo, la enana blanca se enfriará hasta convertirse en una enana negra, fría y densa, que no irradiará energía y será invisible.

Nebulosa Planetaria
Crédito: NASA, Raghvendra Sahai, John Trauger (JPL), and the WFPC2 Science Team
Visión artística de una enana blanca, Sirio B
Crédito: NASA, ESA y G. Bacon (STScl)

Nacimiento de un planeta


De una forma similar a las estrellas se forman los planetas, pues se forman a partir de las mismas nubes de gas y polvo, con la diferencia de que se trata de objetos en los que no se desarrollan procesos de fusión nuclear. El comienzo de su creación parte de los discos de gas y polvo que se han observado alrededor de algunas estrellas recién formadas, discos en los que las partículas se atraen unas a otras y se fusionan en objetos que cada vez tienen un mayor tamaño. Con el incremento de masa, se aumenta cada vez más rápidamente su fuerza de atracción sobre los objetos circundantes, terminando por "limpiar" la vecindad de su órbita.


Anillo de polvo alrededor de Fomalhaut. Estas observaciones se consideran la evidencia de la presencia de un planeta gigante modelando la densidad de polvo en el anillo de material observado. 
Crédito: NASA , ESA , P. Kalas and J. Graham (University of California, Berkeley) and M. Clampin ( NASA /GSFC)
Ilustración del supuesto planeta que orbita Fomalhaut por el interior del anillo, con estrellas y constelaciones de fondo, incluido el Sol en la constelación de Leo. 
Crédito: NASA , ESA and A. Feild ( STScI )
                       
En nuestro sistema contamos con ocho planetas, cuatro de tipo telúrico o rocosos (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) y otros cuatro de tipo joviano, esencialmente gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno).

Desde el año 1955, cuando se descubrió el primer planeta extrasolar (exoplaneta) orbitando la estrella 51 Pegasi b, la cifra ha ascendido a mas de 200 planetas, que en su mayoría corresponden con planetas gigantescos del tipo joviano y en algunos casos corresponden con sistemas planetarios múltiples (mas de un planeta orbitando una misma estrella, siendo el primer sistema múltiple detectado el de Upsilom Andromedae), aunque esto es normal, pues son los más fáciles de detectar con los medios técnicos disponibles. El planeta con una masa mas parecida a nuestra Tierra es OGLE-2005-BLG-390L b, orbitando a una estrella en la constelación de Sagitario, con unas 5,5 veces la masa de la Tierra.

Visión artística del exoplaneta OGLE-2005-BLG-390L b
Crédito: NASA y ESA

Como evolucionan las estrellas


Como será una estrella y su final depende casi en exclusiva de la masa que tenía la nube de gas que se compactó para crearla. Si la nube original no tuviera la masa suficiente para iniciar procesos termonucleares del hidrógeno, se parecerían mas a un planeta gaseoso como Júpiter. A estas estrellas se las denomina enanas marrones. Objetos con una masa inferior a 80 veces la masa de Júpiter exhiben este comportamiento.

Objeto candidato a enana marrón (B), CHXR 73 B. orbitando alrededor de una enana roja (A)
Crédito: NASA, ESA y K. Luhman (Penn State University)

Si la masa inicial está por debajo de 0,5 veces la del Sol, solo conseguirán quemar el hidrógeno, convirtiéndose en enanas blancas de helio, con una vida en torno a los 50.000 millones de años. Son los objetos más longevos del universo.


Si la masa está entre 0,5 y 10 veces la del Sol, al agotar el hidrógeno serán capaces de calentarse lo suficiente como para iniciar la combustión del helio, acabando sus días como enanas blancas de carbono y oxígeno; y formando una nebulosa planetaria. Es el caso de nuestra estrella.


Si la masa es superior a 11 veces la del Sol, evolucionan a través de todas las fases de combustión hasta llegar al hierro y agotar así toda la energía potencial nuclear de que disponen. El final de estas estrellas será el inmenso estallido de una supernova, dejando como remanente una estrella de neutrones.

Mas allá de las 50 masas solares, la gravedad es tan excesiva que no hay nada que pueda contrarrestar el colapso total de la estrella, convirtiéndose en un agujero negro
Como acabará

Desde el gran estallido original, Big Bang, el universo se sigue expandiendo, y las últimas mediciones indican que cada vez lo hace a mayor velocidad. Al mismo tiempo, toda la materia del universo se atrae la una a la otra por efecto de la gravedad. Esta fuerza podría ser capaz de detener la expansión, incluso de invertirla, todo dependerá de la cantidad de materia que exista, y esta es la gran incógnita, pues solo somos capaces de ver aproximadamente el 1% del total. El 99% restante la materia se cree que está ubicada en los inmensos halos que rodean a las galaxias, pero no la podemos ver ni medir, a esta materia es a la que se denomina materia oscura.

Dependiendo de la cantidad de materia total se vierten dos hipótesis:

La primera se basa en que la masa total existente no será suficiente para detener la expansión, abocando al universo a una expansión infinita, en la que las estrellas terminarán por consumir el total del combustible disponible y se terminarán apagando. Se trata de un universo oscuro, frío y yelmo. Se trata del Big Rip o Gran Desgarramiento, en la que la gravedad se llega a hacer tan débil que primero los sistemas solares perderían su cohesión, se difuminarían las estrellas y los planetas y al final terminarían destruyéndose los átomos, llegando el fin del tiempo, el cual se ha estimado en unos 35.000 millones de años.

La segunda es todo lo contrario. Si la masa disponible en el universo es suficiente para detener la expansión e invertirla, donde el universo volvería a comprimirse hasta colapsarse en una singularidad dentro de unos 20.000 millones de años, se trata del Big Crunch o la Gran Implosión. Este colapso podría volver a originar un nuevo Big Bang.

Posibles escenarios para el universo
Crédito: NASA y A. Feild (STScl)



Universos Paralelos Comprobados



Universos Paralelos ComprobadosEstá demostrada la existencia de universos paralelos, según un descubrimiento matemático de científicos de Oxford.

La primera teoría del universo paralelo, propuesta en 1950 por el físico norteamericano Hugh Everett ayuda a explicar los misterios de la mecánica cuántica que durante décadas permanece como incógnita.
En el universo de innumerables mundos de Everett, cada vez que una posibilidad física es explorada, el universo se divide. Atribuyéndose un número de posibles resultados, cada cual es discriminado – en su propio universo.

Un conductor que no muere por muy poco, por ejemplo, puede sentirse aliviado por su suerte, pero en un universo paralelo, puede que sí haya muerto. Otro universo más asistirá a la recuperación del conductor después de ser tratado en el hospital. El número de posibles escenarios es infinito.

La idea es bizarra, y por eso mismo relegada por muchos experts en la materia. Pero una pesquisa de Oxford proporciona una respuesta matemática a los enigmas cuánticos, que no puede ser fácilmente descartada, al sugerir que el Dr. Everett – Estudiante en la Princeton University cuando inventó la teoría – estaba en el camino correcto. Comentando en la revista New Scientist, el Dr. Andy Albrecht, físico de la University of California, afirma: Esta pesquisa es uno de los más importantes avances en la historia de la ciencia.

Según la mecánica cuántica, en una escala sub-atómica no se puede afirmar que algo existe hasta que sea observado. Hasta ahora se ha observado que las partículas ocupan estados nebulosos de superposición, en los cuales podrán tener spins simultáneos hacia arriba y hacia abajo, o presentarse en distintos lugares al mismo tiempo.

La observación parece aprisionar un estado particular de la realidad, al igual que se puede decir que una moneda que gira es cara o cruz cuando se la recoge. Según la mecánica cuántica, las partículas no observadas son descritas por funciones de onda, representando una cantidad de múltiples estados probables. Cuando el observador mide, la partícula se acomoda a una de esas múltiples opciones.
El equipo de Oxford, liderado por el Dr. David Deutsch, ha demostrado matemáticamente que la estructura tipo arbusto – creada por el universo que se divide en paralelas versiones de sí mismo – puede explicar la naturaleza de probabilidades de los resultados cuánticos.
























Neutrones escapan a mundo paralelo

¿Que hay partículas-espejo en un mundo paralelo? Los físicos teóricos Zurab Berezhiani y Fabrizio Nesti, así como Anatoly Serebrov plantean, en el European Physical Journal del pasado 15 de junio, que la tasa a la que desaparecen neutrones libres depende de la dirección y fuerza del campo magnético aplicado. Esta anomalía en la conducta de partículas ordinarias podría apuntar a la existencia de partículas-espejo que serían candidatos para explicar la materia oscura. Se denomina oscura a materia no detectable sino por sus efectos gravitatorios.
“Cada neutrón tendría la habilidad de intercambiarse con su gemelo espejo invisible, y regresar”. La oscilación ocurriría entre mundos paralelos, dice Berezhiani. La probabilidad de que esas oscilaciones ocurran se puede explicar dentro de la física conocida pues deberían ser sensibles a campos magnéticos y así ser detectadas de forma experimental.
“Esta interpretación está sujeta a la condición de que la Tierra posea un campo magnético-espejo. Ese campo magnético sería inducido por partículas espejo flotando en torno a nuestra galaxia, la Vía Láctea, como materia oscura. Luego el planeta capturaría la materia espejo”.
Hasta aquí la pasmosa nota sobre neutrones que escapan a un mundo paralelo. Su predicción final es verificable: nuestra galaxia debe estar rodeada por un halo de materia oscura. Lo está, según estudio encabezado por Joel Primack, de la Universidad de California en Santa Bárbara: Nature, 29 de septiembre de 2005.
Las galaxias elípticas, como la nuestra, se forman por la colisión de dos galaxias: eso produce el aspecto de remolino que les vemos. Un equipo internacional de astrónomos presenta evidencias de que la nuestra es producto de un choque con otra hace apenas unos 100 millones de años, muy poco en tiempo en escala universal, y, más aún: todavía sigue resonando como una campana tañida… El descubrimiento se basó en 300 mil estrellas de la Vía Láctea que “se mueven de arriba abajo a velocidad de unos 20 o 30 kilómetros por segundo mientras orbitan el centro a 220 km/s. Ese movimiento de arriba abajo es producto de la colisión y equivale al tañido de una campana que sigue vibrando. Estos resultados se publicaron en The Astrophysical Journal Letters este 28 de junio.
La Vía Láctea tiene unas 20 galaxias satélite visibles. Pero “podría tener otras invisibles, hechas de materia oscura. Hay seis veces más materia oscura en el universo que materia ordinaria, visible […] Simulaciones computarizadas prevén que dejaremos de tañer en otros 100 millones de años”.
Más acerca de la materia oscura. Coja un ladrillo y átele un cordel. Déle vueltas. Si el cordel no se rompe es que el ladrillo no gira a más velocidad y el cordel tiene suficiente resistencia. Se puede romper si lo gira a más velocidad o si emplea un cordel más débil (o ambas variables). Bueno, con cálculos precisos, dada la velocidad de las galaxias conocidas y la cantidad de materia en ellas, deberían lanzar sus estrellas al espacio y desaparecer como galaxias: la gravitación que une la galaxia, si sólo se mide por la masa observada, es insuficiente y su velocidad de giro debería romper el delgado cordel gravitatorio y desparramar estrellas. Si no ocurre eso, es porque el lazo, la gravitación, es más resistente. Pero no hay más estrellas y la diferencia es enorme.
La materia ordinaria se conoce como materia bariónica, y sólo forma entre el 5 y el 6 por ciento del contenido del universo. Hay un 30 por ciento de materia oscura.¿Y lo demás? Desde 1929 sabemos, por el astrónomo estadunidense Edwin Hubble (en cuyo honor lleva ese apellido el telescopio en órbita), que el universo se expande. ¿Se detendrá la expansión y volverá sobre sí misma en un gran apachurrón, o seguirá expandiéndose y enfriándose y aligerándose por siempre?
Depende, responden las matemáticas. Es como ocurre con una piedra lanzada al aire: ¿caerá o se perderá en el espacio? Según la velocidad. Caerá si la lanzamos a mano. Pero si le damos la velocidad de escape de este planeta, “de escape” porque escapa de la atracción terrestre, poco más de 11 km por segundo, no caerá y seguirá alejándose. Lo mismo sería para el universo: si tiene masa y velocidad para que su misma gravitación lo detenga, ocurrirá y comenzará a contraerse en un Big Crunch (si rebota en otro Big Bang, y si eso ha ocurrido por una eternidad, es otro asunto, y produce vértigo).
Pero en los años 90 se descubrió algo inesperado: el universo se está acelerando, todas sus partes se alejan entre sí a velocidad cada vez mayor. Eso no es posible con la física conocida y sus cuatro fuerzas. Cuando múltiples observaciones confirmaron el aceleramiento de la expansión, la conclusión fue evidente: hay una quinta fuerza. Si ya tenemos materia oscura, tenemos energía oscura. Se calcula que forma un 65 por ciento del contenido del universo.

Descubrimiento épico: Astrónomos anuncian la existencia de otros universos!




descubrimiento en la ciencia del siglo 21 ha sucedido (de ser confirmado y validado por los demás científicos): la evidencia de algo que ocurrió antes del Big Bang. Nuestro cosmos fue "golpeado" en colisiones con otros universos.
Los astrónomos, dirigidos por Sir Roger Penrose, físico matemático y profesor Emérito Rouse Ball de Matemáticas en el Instituto de Matemáticas de la Universidad de Oxford y Gurzadyan Vahe en la Universidad Estatal de Yerevan, en Armenia, han encontrado la primera evidencia de estos impactos en los datos de la radiación del fondo cósmico de microondas obtenidos por el Observatorio Espacial Planck (Planck Surveyor) diseñado para observar las anisotropías del fondo cósmico de microondas (CMB), utilizando instrumentos de alta sensibilidad y resolución angular.
El mes pasado, el dúo anunció que habían encontrado patrones de círculos concéntricos en el fondo cósmico de microondas, el eco del Big Bang, que es lo que se encontraría si la vida del universo fuera un eterno ciclo. Esto quiere decir que cada ciclo termina con una gran explosión que inicia el próximo ciclo. En este modelo, de acuerdo a la revista Technology Review del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), "el universo es una especie de 'muñeca rusa cósmica', con todos los universos anteriores contenidos dentro del actual".
Ahora, otro grupo dice que ha encontrado algo más en el eco del Big Bang: un modelo inflacionario en el que el universo que vemos no es más que una burbuja entre las burbujas infinitas, las cuales son otros universos donde las leyes de la física pueden ser radicalmente diferentes a las nuestras.



Estas burbujas, informa Technology Review, "probablemente tuvieron un pasado violento, empujándose entre sí y dejando 'moretones cósmicos', donde chocaron. Si es así, estos golpes deben ser visibles hoy en día en el fondo cósmico de microondas". Stephen Feeney en el University College de Londres y sus colegas dicen que han encontrado evidencias tentativas de cuatro golpes en forma de patrones circulares, lo que implica que nuestro universo debe haber chocado con otras burbujas al menos cuatro veces en el pasado.
Los escépticos creen que los "círculos" capturados y transmitidos por la sonda espacial Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) podrían ser una ilusión óptica o un "truco de los ojos". Feeney, de hecho, reconoce que "es bastante fácil encontrar todo tipo de propiedades estadísticamente poco probables en un gran conjunto de datos, como los del CMB". En las últimas semanas, varios grupos han confirmado el hallazgo del profesor Pernose, mientras otros no han encontrado evidencia de ello.
Uno de los debates más grandes e importantes de la ciencia parece estar desarrollándose en estos días, con una única manera de confirmar las nuevas teorías: será la de confirmar o refutar los resultados con los próximos nuevos datos que seguirá enviando la nave espacial Planck, que está actualmente explorando el fondo cósmico de microondas con la más alta resolución posible. Cuando los cosmólogos lleguen a analizar los nuevos datos, estos círculos deberán verse claramente para todos o desaparerán en el ruido cósmico como una falsa alarma.

 

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