EL ORIGEN DEL UNIVERSO

Transcripción

1 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 y 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.

2 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

3 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 ( ) 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.

4 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.

5 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.

6 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: O B A F G K M En la siguiente Tabla se indican la temperatura característica (en grados centígrados, ºC) de cada tipo espectral. Tipo Espectral Temperatura (ºC) O B A F G K M 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.

7 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.

8 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.