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”.

Los anillos de Saturno

Anillos de SaturnoLos anillos de Saturno están siendo estudiados muy de cerca por la sonda epacial Cassini, de la Agencia Espacial Europea (ESA) y con participación de la NASA. En los últimos años hemos profundizado mucho en su conocimiento.

En el momento de la captura de la fotografía, los anillos de Saturno estaban en su máxima inclinación de 27 grados hacia la Tierra. Saturno experimenta cambios estacionales cuando se acerca y aleja del Sol, igual que ocurre aquí en la Tierra. Esto sucede a lo largo de su órbita de 29,5 años de duración.

Esto significa que aproximadamente cada 30 años, los observadores de la Tierra pueden tener la mejor visión de polo sur de Saturno y el lado sur de los anillos del planeta. Entre marzo y abril de 2003, los investigadores aprovecharon para estudiar el gigante de gas en la inclinación máxima.

Los astrónomos utilizaron el Telescopio Hubble de la NASA, para capturar imágenes detalladas del hemisferio sur de Saturno y la cara sur de los anillos.

¿Cómo se formaron los anillos de Saturno?

Los científicos sospechan que las piezas que componen los anillos pueden ser los restos de un objeto despedazado, como un cometa o un asteroide, procedente de la región más distante del sistema solar.

El sistema de anillos de Saturno tiene aproximadamente 274.000 km de ancho, por sólo unos 10 metros de grosor.

Imagen:  NASA and E. Karkoschka (University of Arizona)

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

Planetas en otros sistemas solares

planetas-estrellaEsta concepción artística ilustra una estrella joven, una enana roja rodeada por tres planetas. Estas estrellas son más débiles en cuanto a brillo y más pequeñas que las estrellas amarillas como nuestro Sol, lo que las hace, blancos ideales para los astrónomos que deseen tomar imágenes de planetas fuera de nuestro sistema solar, llamados exoplanetas.

El Galaxy Evolution Explorer de la NASA, está ayudando a identificar las estrellas jóvenes enanas rojas, que están cerca de nosotros mediante la detección de su luz ultravioleta (estrellas emiten una gran cantidad de luz ultravioleta en sus primeras etapas de la vida).

La NASA junto la comunidad científica internacional, continúa en la búsqueda de un planeta con características similares a la Tierra, y aunque de momento ya se han localizado planetas rocosos girando en órbita de otras estrellas en nuestra galaxia, ninguno presenta una atmósfera como ocurre en la Tierra y agua, ingrediente básico para el desarrollo de vida, tal y como la conocemos.

Imagen: NASA

Impacto de meteorito contra la Tierra hace 65 millones de años

En este vídeo podemos ver una simulación del meteorito que impactó contra la Tierra hace 65 millones de años y que supuso la desaparición de los dinosaurios. El lugar del impacto se sitúa en la península del Yucatán y el asteroide medía unos 10 Km aproximadamente. El cráter que produjo la colisión del asteroide mide 180 Km de diámetro y se denomina “cráter de Chicxulub”. El impacto originó un cambio climático en la Tierra.

La atmósfera de la Tierra quedo cubierta por una capa de cenizas que no dejaba atravesar la luz solar y así muchas especies, como los dinosaurios desaparecieron.

Las explosiones estelares podrían explicar la presencia de polvo en el Universo primigenio

El observatorio espacial Herschel de la ESA ha descubierto que las supernovas pueden generar grandes cantidades de polvo interestelar. Junto con las nubes de gas, este polvo forma la materia prima de la que surgirán nuevas estrellas, planetas y en última instancia, la vida. Este descubrimiento puede ayudar a resolver uno de los mayores enigmas del Universo primigenio.

Este descubrimiento fue realizado mientras Herschel estudiaba la radiación del polvo frío en la Gran Nube de Magallanes, una pequeña galaxia próxima a la Vía Láctea. El polvo frío emite radiación en la banda del infrarrojo lejano, lo que hace que Herschel, diseñado específicamente para estudiar esta banda de frecuencias, sea el satélite perfecto para detectar su presencia. Herschel observó una fuente de radiación infrarroja en la supernova 1987A, una explosión estelar detectada por primera vez desde la Tierra en febrero de 1987, y la más cercana a nuestro planeta de los últimos 400 años.

Desde aquel momento, los astrónomos estudian cómo la onda expansiva de la supernova atraviesa su galaxia.

Las imágenes obtenidas por Herschel son las primeras observaciones claras de la SN1987A en el infrarrojo lejano. En ellas, se puede detectar la presencia de granos de polvo a unos -250°C, emitiendo 200 veces más energía que nuestro Sol.

“Los restos de la supernova son mucho más brillantes en el infrarrojo de lo que esperábamos”, comenta Mikako Matsuura, del University College de Londres, autor principal del artículo que presenta este descubrimiento.

Los astrónomos han sido capaces de estimar la cantidad de polvo a partir del brillo de los restos de la supernova. Sorprendentemente, el polvo resultó ser unas mil veces más abundante de lo que se pensaba que podría generar una explosión de estas características – lo suficiente como para dar lugar a unos 200 000 planetas del tamaño de la Tierra.

Comprender el origen del polvo interestelar es una cuestión clave en el estudio del Universo. Los átomos más pesados, tales como el carbono, el silicio, el oxígeno o el hierro, no se produjeron durante el Big Bang, por lo que su origen debe estar en algún fenómeno posterior.

Telescopio EspacialAunque estos átomos sólo constituyen una pequeña fracción de la masa del Universo y de nuestro Sistema Solar, son los principales componentes de los planetas rocosos como la Tierra y de la vida en sí: gran parte de los átomos de nuestro cuerpo fueron algún día polvo interestelar.

No obstante, todavía no se comprende con exactitud cómo se genera este polvo, especialmente en el Universo primigenio. Los resultados de las observaciones de Herschel podrían constituir una magnífica pista.

Las teorías actuales sugieren que gran parte del polvo interestelar se genera por la condensación de los gases calientes que expulsan las gigantes rojas que podemos observar en el Universo actual, de forma similar a cómo se genera el hollín en una chimenea.

Sin embargo, este tipo de estrellas no existía en el Universo primigenio, aunque sí había grandes cantidades de polvo.

Herschel ha demostrado que las supernovas también pueden ser una magnífica fuente de polvo interestelar. Los granos de polvo podrían ser el resultado de la condensación de los residuos gaseosos de la explosión, al enfriarse durante su expansión.

En el Universo primigenio había un gran número de supernovas, por lo que esta teoría podría ayudar a comprender las primeras etapas de la evolución del Universo.

“Estas observaciones son la primera prueba directa de que las supernovas pueden generar el polvo interestelar que detectamos en las galaxias más jóvenes”, explica Göran Pilbratt, Científico del Proyecto Herschel para la ESA.

“Es un resultado muy importante, que demuestra una vez más las ventajas de contar con una ventana abierta al Universo”

Imágenes: ESA/Herschel/PACS/SPIRE/NASA-JPL/Caltech/UCL/STScI and the Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA/ESA)

Fuente: ESA