Origen del Universo Liceo Carmela Carvajal

Transcripción

1 Origen del Universo Liceo Carmela Carvajal El Universo: Nuestro universo es muy grande y las galaxias más distantes que podemos visualizar se encuentran a una distancia de unos millones de años luz. Los objetos lejanos nos ayudan a configurar la historia del universo, que empezó con una gran explosión. EL futuro del universo es incierto: se podría expandir sin limite o colapsar bajo la acción de su propia gravedad. Para poder entender el universo como un todo, debemos considerar tres puntos importantes: primeramente hay que asumir que las leyes de la ciencia son iguales en todas las partes del mismo; en segundo lugar, aceptamos que el universo se extiende de una forma mas o menos uniforme por todo el espacio; por ultimo, se acepta que el espacio posee las mismas propiedades en todas las direcciones. 1

2 COSMOLOGÍA Existen muchas teorías sobre la naturaleza del universo. Los antiguos egipcios, griegos y romanos creían que los dioses controlaban el cosmos. Los sabios de la edad Media creían que el universo era bastante pequeño, con la tierra en el centro. Rodeándolo todo estaban los cielos, el reino de Dios y los ángeles. Sin embargo, a partir de la época de Newton los científicos intentaron confeccionar modelos del universo en los que las matemáticas y la física, y no las creencias religiosas, mitos o tradiciones fueran la base de la explicación del funcionamiento del universo físico. La rama de la ciencia que estudia y formula los modelos del universo como un todo se llama Cosmología. Los cosmólogos tienen la esperanza de describir el universo a la mayor escala posible, las cuales eran sus condiciones en el pasado y como cambian con el paso del tiempo. EL BIG BANG La expansión del universo nos revela que en el pasado este debió de ser bastante más denso. Cuánto? Una posible explicación para este fenómeno, la teoría del BIG BANG, afirma que en el pasado toda la materia y la energía del universo estaba concentrada en una región muy pequeña del espacio. Su temperatura era muy alta, así como su densidad. El universo que vemos emergió explosivamente tras este BIG BANG. Desde la explosión inicial, se ha ido expandiendo y enfriando. La edad del universo no se puede calcular con exactitud porque depende de la curvatura del espacio y eso no ha sido medido todavía correctamente. Teniendo en cuenta su ritmo de expansión, parece que ahora tiene entre y millones de años. Existe un gran número de dudas, pero el universo es definitivamente mucho más viejo que el sol y la tierra. En el remoto pasado, el universo que emergió del BIG BANG era muy deferente al que vemos hoy. La cuenta atrás En el principio no había nada. Era una nada tan profunda que nos resulta imposible de comprender. Podemos intentarlo pensando en las enormes y heladas regiones intergalácticas del universo actual, pero incluso en ellas se encuentran átomos dispersos y el espacio que ocupan es cruzado continuamente por la pálida radiación de la luz. Además, estas regiones casi vacías están sujetas por la invisible estructura del universo y responden al inaudible reloj del tiempo. Hace mucho, muchos años, no había materia ni radiación; ni siquiera existía el espacio, y el tiempo no discurría. Sin tiempo: El tiempo no es una corriente que fluya eternamente, desde siempre en el pasado hasta siempre en el futuro. Su transcurrir esta íntimamente ligado al espacio y, por tanto, a la materia y a la gravedad. Por eso, no podemos hablar de que ocurrió antes del BIG BANG, ya que el propio tiempo no existía. Sin espacio: Antes de que hubiera espacio, nada podía existir porque no había ningún lugar donde pudiera estar. Nuestro universo probablemente se creó no solo desde la nada, sino también desde ningún sitio. Por qué? : La ciencia no puede responder a la pregunta de porque la nada original no se quedo como estaba. Tan solo filósofos y teólogos ofrecen posibles respuestas, aunque probablemente nunca puedan ser comprobadas ni desmentidas. Todo lo que sabemos es que algo sucedió. 2

3 Los primeros segundos El universo más primitivo fue una bola de radiación. Consistía en una sopa de partículas exóticas que se enfriaban con rapidez a medida que el pequeño universo se expandía. Cuando este contaba con una edad de tan solo millonésima de segundo, mucha de su energía se convirtió en protones (el núcleo de los átomos de hidrogeno). En el siguiente milisegundo se formaron los electrones y estos colisionaron con los protones creando los neutrones. Los neutrones sobreviven solamente unos mil segundos como partículas independientes, por lo que los minutos siguientes fueron cruciales. Durante el primer cuarto de hora los protones reaccionaron con los neutrones, que se deterioraban con mayor rapidez, para formar el núcleo de los átomos de hidrogeno. En una carrera contra el tiempo, como el universo continuaba enfriándose y expandiéndose, consiguió convertir un cuarto de su materia de hidrogeno en helio. El hidrogeno sobrante sirvió para la formación de las estrellas. Un millón de años después Al final de la primera hora del BIG BANG, el universo el universo estaba constituido por fotones de radiación junto con electrones, núcleos de hidrógeno(protones) y núcleos de helio. No existían los átomos porque la temperatura no era lo suficientemente baja para que los electrones se quedaran orbitando alrededor de los protones o del núcleo de helio. Cualquier electrón que lo intentaba era apartado en colisiones con los fotones energéticos. Sin embargo, el tiempo estaba en contra de la radiación. La continua expansión enfrió el universo e hizo a los protones cada vez menos energéticos, a medida que tenían que llenar el espacio en expansión. Después de casi un millón de años la temperatura descendió en 4000 C, siendo la adecuada para que el núcleo conservase cualquier electrón que se pusiera en su órbita. Fue en ese momento de la vida del universo cuando se formaron los átomos. Se tardó miles de años para que los electrones se unieran a los protones o al núcleo de helio. Hasta que eso ocurrió, la luz no pudo viajar muy lejos en el universo. Una vez que se formaron los átomos estables, el universo se torno transparente y la luz pudo viajar sin obstáculos. 3

4 El eco del BIG BANG Después de sus primeros movidos tres minutos, cuando las partículas iban y venían y se forjaron los primeros elementos, el universo entro en un periodo de mucha mayor tranquilidad, que duro más de años. Los ingredientes del cosmos siguieron siendo los mismos, pero su densidad fue disminuyendo a medida que el universo se expandía. El principal componente era la radiación, que rebotaba continuamente en la materia y formaba una impenetrable niebla luminosa. Pero un día, repentinamente, la niebla desapareció. El eco de ese memento todavía puede detectarse en la forma de la radiación de fondo que llena todo el universo. Es la prueba más poderosa de que el BIG BANG existió realmente. Radiación de fondo La radiación de calor procedente del caliente BIG BANG todavía se encuentra en el universo. EN 1964 dos científicos de los laboratorios Bell, en Nueva Jersey (EEUU), investigaban unas molestas fuentes de ondas radioeléctricas que interferían las comunicaciones. Utilizaron una antena muy sensible y encontraron que el ruido radio no variaba con el tiempo, el día o la dirección a la que apuntaban al cielo. Accidentalmente, Arno Penzias t Robert Wilson descubrieron la radiación remanente del BIG BANG. En 1989, la NASA lanzo el COSMIC BACKGROUND EXPLORER (COBE) para estudiar esa radiación residual. El satélite transportaba helio líquido para enfriar sus detectores al mismo nivel que la radiación de fondo. Uno de los mayores éxitos del COBE fue mostrar que la débil radiación es exactamente como la de un objeto cliente. Este fue un descubrimiento crucial, porque probó que las ondas radioeléctricas eran una forma de radiación de calor. La radiación de fondo, sorprendentemente, es la misma en cualquier parte del cielo. Esto significa que el universo es el mismo en cualquier dirección, así el COBE confirmo uno de los supuestos establecidos por los cosmólogos. La distribución uniforme de la radiación es una clara evidencia de que vemos el calor que contiene el universo en si y no las contribuciones aisladas de un gran numero de objetos muy distantes El nacimiento de una galaxia 4

5 Dos teorías por describir como los grumos de gas observados por el COBE llegaron a formar las galaxias agrupadas en cúmulos y supercúmulos. Para ambas, los ingredientes básicos son el hidrogeno y el helio del BIG BANG, condensados por la influencia gravitatoria de la materia oscura. Si la mayor parte de ésta está formada por neutrinos, la formación de galaxias seguiría el camino de la teoría denominada de arriba abajo ; si los WIMPs predominaron, la versión correcta seria la de la teoría de abajo arriba. La teoría de arriba abajo : Según esta teoría, antes de que hubiera galaxias, la materia formaba enormes filamentos de gas, los cuales se disgregaron en filamentos menores que volvieron a dividirse, dando lugar con el tiempo a las galaxias individuales. Los filamentos determinaron el tamaño y la forma de los cúmulos y supercúmulos que se formaron mucho antes de que cada nube de gas se convirtiera en una galaxia independiente. La teoría de abajo arriba : Según esta teoría, poco después de la etapa contemplada por el COBE, se formaron las galaxias de forma independiente y en gran numero. Al principio estas galaxias se diseminaron al azar, pero la gravedad las fue atrayendo hasta formar los cúmulos y supercúmulos de galaxias. Recreando el BIG BANG Las herramientas que emplean los científicos que investigan el origen del universo no son los telescopios sino los aceleradores de partículas. Con ello recrean las condiciones infernales que regían el cosmos primitivo. Estos aparatos emplean poderosos campos electromagnéticos para acelerar partículas, como los electrones, hasta velocidades cercanas a la de la luz. Cuando chocan, se convierten en energía pura, a partir de la cual se forma una cascada de partículas subatómicas exóticas que aparecen fugazmente, desapareciendo apenes unas fracciones de segundos después al convertirse en otras. Muchas de ellas son partículas como las que se crearon en los primeros instantes del universo, tras el BIG BANG. Bibliografía: Astronomía, colección Oxford joven. Historia del universo, Icarito. 5