El origen del Universo: teoría del Big Bang

El UniversoEl origen del universo se sitúa cuando emergió el Big Bang inicial, desde ese momento se creó toda la materia que existe actualmente, partiendo de un proceso de combinación de las partículas elementales (protones, neutrones y electrones), esparcidas uniformemente por el espacio. Durante los primeros tres minutos, la temperatura del universo era suficientemente alta para que tuvieran lugar determinadas reacciones nucleares.

Esas reacciones transformaron una cuarta parte de la materia en helio. Luego, cuando el universo se enfrió, dejaron de haber reacciones nucleares y la composición química quedó fijada”. Elementos más pesados como el carbono, el nitrógeno o el hierro, componentes de la Tierra y los seres vivos, se han formado posteriormente en el interior de las estrellas. Allí disponen de un tiempo superior a tres minutos y de densidades mucho más altas que las que había en el universo primitivo, cuando se formó el helio.

Sin embargo, el espacio intergaláctico mantiene aún aquella composición primordial del universo: tres cuartas partes de hidrógeno y una cuarta parte de helio. Esa materia no ha permanecido completamente intacta. Por ella han pasado, y no en vano, miles de millones de años de historia que han añadido a su composición una fracción muy pequeña de los elementos más pesados, probablemente “expulsados de las galaxias, donde se formaron estrellas, contaminando el medio intergaláctico”.

magallanes

A estas modificaciones en su composición se han ido sumando los cambios derivados del proceso conocido como “reionización”. Según calculan los expertos, la materia intergaláctica formó átomos cuando el universo tenía aproximadamente 300.000 años de edad, una vez se hubo enfriado lo suficiente para que se combinaran protones y electrones. Pero cuando, más tarde, se formaron las primeras estrellas, la luz de éstas ionizó de nuevo la materia intergaláctica.

Los protones y electrones que actualmente viajan por el espacio están tan separados unos de otros que es difícil que se encuentren y se combinen para formar nuevos átomos. Además, los escasos átomos de hidrógeno que se forman de nuevo por unión de un protón y un electrón libres vuelven a ser rápidamente ionizados por la luz de las galaxias y los cuásares distantes.

Lo mismo ocurre con el helio, según indican los estudios de los científicos, “si un astronauta estuviera en un punto cualquiera del espacio intergaláctico, vería a su alrededor un cielo totalmente negro, excepto quizás por alguna nubecilla de luz apenas visible, que podría parecerse a la galaxia de Andrómeda tal como se ve desde la Tierra. Esa luz tan difusa y débil es capaz de ionizar toda la materia intergaláctica, que constituye la mayor parte de la materia ordinaria del universo”.

Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein

relatividad-generalLa teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, explica la atracción gravitacional de los cuerpos en el universo y fue contrastada en cada prueba experimental realizadas por el científico alemán. Sin embargo, puesto que ningún experimento riguroso podría llevarse a cabo en una escala cosmológica o astronómica, la relatividad general posiblemente podría considerarse insuficiente. Sin embargo, las predicciones cosmológicas junto con la observación astronómica de estrellas en el universo, indican que la teoría es correcta, así que no habría una razón suficiente, para adoptar una teoría diferente.

La relatividad general requiere de diez ecuaciones diferenciales no lineales parciales para la medición de espacio-tiempo (ecuaciones de campo) que había que resolver con la distribución de la masa y energía y la cantidad de movimiento en todo el universo. Dado que no se conocen en detalle, los modelos cosmológicos en que se han basado en el principio cosmológico, que afirma que el universo es homogéneo e isotópico.

De hecho, este principio establece que los efectos de la gravedad de las galaxias diferentes que componen el universo son equivalentes a las resueltas en la solución de las ecuaciones de Einstein, que las galaxias se distribuyen uniformemente en todo el universo con la misma densidad de promedio. Suponiendo un polvo uniforme en todo el universo, hay una solución fácil de las ecuaciones de campo de Einstein, y entonces se puede predecir el futuro del universo y con una buena precisión. Incluso se puede saber su pasado, siempre en una escala cosmológica.

Las ecuaciones de campo de Einstein incluyen una constante cosmológica (Λ), que corresponde a una densidad de energía del espacio vacío. De acuerdo a su signo, la constante puede reducir (Λ negativo) o acelerar (Λ positivo) la expansión del universo.

Si bien, muchos científicos, entre ellos Einstein, hablaron de Λ igual a cero, las recientes observaciones astronómicas de supernova tipo Ia han encontrado una buena cantidad de energía oscura que está acelerando la expansión del universo. Los estudios preliminares sugieren que la energía oscura corresponde a un Λ positivo, aunque teorías alternativas todavía no se pueden descartar.

Imagen: NASA

Galaxia espiral M74 desde el Hubble

Galaxia M74La galaxia espiral M74 también llamada galaxia del abanico, parece un festival de luces en esta imagen captada por el telescopio Hubble de la NASA / ESA. Se puede observar en la fotografía brillantes nudos de luz y gas hasta los brazos espirales, lo que indica un rico entorno de formación de estrellas.

Esta galaxia conocida como el Objeto Messier 74, también es conocida como NGC 628 en el New General Catalogue, y es un impresionante ejemplo de una galaxia espiral de gran diseño, que es vista por los observadores de la Tierra casi de frente. Sus brazos espirales perfectamente simétricos emanan del núcleo central y están salpicados de grupos de jóvenes estrellas azules y brillantes regiones rosadas de hidrógeno ionizado (átomos de hidrógeno que han perdido sus electrones). Estas regiones de formación estelar muestran un exceso de luz en longitudes de onda ultravioleta.

A lo largo de los brazos espirales se están terminando los carriles de polvo estelar, que también comienzan muy cerca del núcleo de la galaxia y seguirán a lo largo de la longitud de los brazos espirales. M74 se encuentra a unos 32 millones de años luz de distancia de la Tierra, en la dirección de la constelación de Piscis, el Pez.

Es el miembro dominante de un pequeño grupo de alrededor de media docena de galaxias, el grupo de galaxias M74. En su totalidad, se estima que M74 es el hogar de cerca de 100 mil millones de estrellas, por lo que es ligeramente más pequeña que nuestra Vía Láctea.

Imagen: NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration