EL UNIVERSO

Sumario1.- El origen del universo. Teoría del Bing Bang2.- La materia del Universo3.- Destino del Universo4.- Origen de las Galaxias5.- Origen y evolución de las estrellas6.- Otros componentes del cosmos: a) Los pulsars b) Los agujeros negros c) Los Cuasars

ORIGEN DEL UNIVERSO

Edwin Hubble: las galaxias se alejan unasde otras a una velocidad que esproporcional a la distancia que las separa

EL BING BANG(la gran explosión)

• Si las galaxias se alejan unas de otras, en un tiempo remoto debieron estar muy próximas y anteriormente debían formar un único conjunto.

• Según la teoría del Bing Bang: en el instante cero toda la materia que forma el universo estaba concentrada en un volumen cero, con lo cual la densidad de “eso” era infinita (d= m/v) las colisiones entre las partículas y por tanto la temperatura serían elevadísimas por lo que la estabilidad del conjunto sería imposible y se produce

“la gran explosión” (Fred Hoyle). • A partir de ese momento se inicia la formación de la

materia, el espacio y el tiempo

¿Qué ocurrió tras el Bing Bang?Tras la gran explosión se independizan las cuatro fuerzasfundamentales que hasta entonces estaban unidas formando una gransuperfuerza. Son estas:- La Gravitatoria: que atrae a los cuerpos que tienen masa- La Fuerza Nuclear Débil: mantiene unidas las partículas subatómicas

que forman los átomos (protones, neutrones,..)- La Fuerza Nuclear Fuerte: que mantiene unidos los núcleos- La Fuerza Electromagnética: que provoca la atracción mutua entre

cargas positivas y negativasComo consecuencia de esta separación aparecen los protones y

neutrones que componen los núcleos del hidrógeno, deuterio, helio y litio. El universo se va enfriando y los electrones se unen a los núcleos atómicos y forman los átomos neutros.

Los elementos primordiales (el hidrógeno que representa las tres cuartas partes de la materia visible del universo, y el helio, que representa la casi la cuarta parte de la materia) se formaron en los primeros minutos que siguieron a la gran explosión.

LOS PRIMEROS INSTANTES TRAS EL BING BANG

MATERIA QUE FORMA EL UNIVERSO• Solo el 10% de la materia que forma el Universo es

conocida (los elementos químicos de la tabla periódica).• El 90% es de naturaleza desconocida llamada materia

oscura. Esta materia ni absorbe ni emite luz, ni intercepta con suficiente eficacia la que proviene de cuerpos luminosos y solo se manifiesta a través de su interacción gravitatoria con las estrellas y galaxias que si son visibles. Esta materia se podría hallar en ciertos astros llamados enanas marrones, que son cuerpos que no llegan a ser estrellas (no tienen luz propia ya que la materia que los componen no es suficiente para elevar la temperatura de su núcleo y producir la fusión de hidrógeno en helio. Se ha sugerido que las enanas marrones podrían constituir halos invisibles rodeando a las galaxias. Esta idea ha sido introducida para tratar de explicar los movimientos de objetos situados en los alrededores de las galaxias, y que indican la presencia de masa.

EVOLUCIÓN DEL UNIVERSOEl destino del Universo dependerá de la relación existente entre la densidad crítica yla promedio

El futuro del Universo tiene tres posibilidades:* Un universo que se expande de manera infinita*Un Universo plano, es decir detendrá la expansión actual y se mantendrá en ese

estado*Un Universo que finalizará la actual expansión para iniciar un proceso de

concentración que terminará con un colapso final.

- La densidad crítica, es la densidad necesaria para servir como núcleo de atracción,debe ser muy superior a la densidad promedio del Universo Esta densidad determinasu evolución a largo plazo.

- La densidad promedio: la densidad del Universo debió ser muy uniforme en unaépoca cercana al Bbig-Bang, pero en fases posteriores a su rápida expansióndebieron producirse importantes fluctuaciones de materia como para originar núcleosde formación de estructuras como las galaxias). Esta densidad media determina suevolución a largo plazo. La relación existente entre la densidad crítica y la promedio determinará la evolucióndel Universo

EL DESTINO DEL UNIVERSOEl destino del Universo depende del valor de los siguientes

parámetros:

Densidad crítica: La densidad crítica es la densidad necesaria para servir como núcleo de atracción. Es la densidad necesaria para que la curvatura del universo sea cero

En Densidad promedio:

En el presente del universo, la densidad crítica es r0 = 3H02/8pG = 1.879 h2 10-29 g/cm3, que corresponde a una densidad tan baja como la de la masa de 2 a 3 átomos de hidrógeno por metro cúbico (siempre, por supuesto obviando la incertidumbre en la constante de Hubble).

EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO• Si la densidad promedio es menor que la crítica,

entonces no habrá fuerza en el futuro capaz de frenar la inercia de expansión y el Universo seguirá expandiéndose indefinidamente y enfriándose indefinidamente

• Si por el contrario, la densidad promedio es mayor que la densidad crítica, entonces la propia atracción gravitatoria, que tiende a concentrar la materia, irá frenando la expansión, deteniéndola por completo para iniciar luego una fase de contracción.

• Si la densidad crítica tiene un valor intermedio, la expansión se irá frenando progresivamente pero no se producirá una posterior concentración .

LAS GALAXIAS (1) A medida que el protouniverso se expandió y se enfrió lo suficiente,

fue posible que las partículas subatómicas se agruparan formando los núcleos atómicos más sencillos, hidrógeno y helio, que dieron lugar a las primeras nubes de gas, precursoras de las galaxias.

Las galaxias son enormes agrupaciones de estrellas, gas y polvo cósmico que son las nebulosas

Las fuerzas gravitatorias fueron atrayendo estas masas de materia y empezaron a colapsar la nube de gas, lo que permitió la producción de galaxias gigantes en las que se fueron individualizando las estrellas.

LAS GALAXIAS (2) Las galaxias parecen estar organizadas en forma de disco aplanado,

con brazos en espiral, con un diametro de decenas de miles de años-luz. Son también frecuentes las galaxias esféricas y elípticas, de manera que su forma, posiblemente, tenga relación con la distribución inicial de la materia y la velocidad de rotación.

Las galaxias se agrupan para formar estructuras aún mayores, los llamados cúmulos galácticos.

En los cúmulos de galaxias pueden agruparse en supercúmulos . La Vía Láctea, la galaxia a la que pertenece el Sistema Solar, pertenece a un cúmulo denominado Grupo Local (en el que también están Andrómeda, las Nubes de Magallanes, Orión y otras más), que es parte del supercúmulo de Virgo.

ORIGEN DE LAS ESTRELLAS Las estrellas nacen a partir de grandesnubes de gases interestelares, las llamadasnebulosas. Los gases libres en estas regionesdel espacio se van agrupando comoconsecuencia de la atracción gravitatoria. Pocoa poco, la masa se va concentrando y secalienta (como consecuencia de los choquesentre las partículas que forma la nube), hasta quellega un momento en que la temperatura del interiores suficiente como para que se inicien las reaccionesnucleares que transforman el hidrógeno en helio,reacciones de fusión nuclear (es el procesomediante el cual dos núcleos atómicos se unen paraformar uno de mayor masa atómica.

EVOLUCIÓN DE LAS ESTRELLAS (1)

Protoestrella, esta primera etapa se corresponde con grandes inestabilidades, que acaban cuando la temperatura de su núcleo alcanza los 10 millones de grados, iniciándose entonces la transformación de hidrógeno en helio y, por lo tanto, la generación de energía desde su núcleo: en esa etapa el astro se considera ya una estrella.

Las estrellas contienen suficiente hidrógeno como para que la fusión en su núcleo dure largo tiempo, aunque no siempre.

En las estrellas se dan fuerzas de sentido contrario que mientras que se anulen, las estrellas permanecerán en equilibrio. Estas fuerzas son, la gravitatoria (debido a su propia masa y que trata de concentrar la materia en el centro) y las distintas radiaciones (luz y otros tipos de radiaciones electromagnéticas) que se producen en los procesos de fusión nuclear que se dirigen al exterior.

EVOLUCIÓN DE LAS ESTRELLAS (2)

Secuencia principal, es la etapa más estable y duradera en la vida de una estrella. En esta fase se producen las reacciones de fusión nuclear liberándose una ingente liberación de energía. En esta etapa se encuentra nuestro Sol.

Llegará un momento en que se acabará todo el hidrógeno disponible y sólo quede helio. En esas condiciones la estrella sufrirá diversas transformaciones. Aumentará de tamaño y el helio acumulado se transformará en elementos más pesados como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, etc mediante otras reacciones nucleares de fusión. Entonces la estrella dejará de ser estable: sufrirá cambios de volumen y expulsará al espacio parte de su material. Las capas más externas serán las primeras en alejarse.

EVOLUCIÓN DE LAS ESTRELLAS (3)Las estrellas poco masivas como el Sol, al agotar su combustible se

hinchan hasta convertirse en una gigante roja (un objeto de gran tamaño, mayor que en su origen y mucho más fría). Luego expulsan las capas externas, formando una nebulosa planetaria y se enfrían poco a poco, hasta convertirse en una enana blanca con el tamaño de la Tierra o aún menor pero muy comprimida.

Las estrellas más masivas pueden expulsar sus capas exteriores violentamente, decimos entonces que se ha formado una supernova.

Durante la explosión, la estrella supernova brilla más que todas las estrellas de la galaxia, aunque su brillo será efímero. Solo sobrevive el núcleo que forma una estrella de neutrones (en el caso de que la estrella sea masiva), un astro de unas decenas de kilómetros de diámetro pero con una grandísima densidad. En el caso de las estrellas muy masivas el núcleo formara un agujero negro.

CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRELLAS

Las estrellas pueden clasificarse según el color y según el tamaño. El color se debe a la temperatura de su superficie. Las estrellas azules son las que tienen una temperatura superficial más elevada (30.000 º K) mientras que las rojas son las que presentan una menor temperatura en su superficie (solo alcanzan los 1.600 – 3.000 º K).

La unidad utilizada para medir la masa de las estrellas, es la masa del Sol (que equivale a

2·1030 Kg). Las mayores estrellas conocidas llegan a tener unas 150 masas solares.

AGRUPACIONES ESTELARESLas estrellas se agrupan en cúmulos estelares debido a

la atracción gravitatoria existente entre ellas. Se pueden distinguir dos tipos de cúmulos estelares: los abiertos y los globulares.

Los cúmulos abiertos están formados por pocas estrellas (desde decenas hasta miles) aunque en mayor densidad que en otras regiones. Un ejemplo Las Pléyades M-45

Los cúmulos globulares contienen una gran cantidad de estrellas (desde 10.000 hasta un millón) muy concentradas especialmente en la región central.

OTROS COMPONENTESDEL COSMOS (1)

Los agujeros negros. si la estrella es muy masiva (15 o 20 veces la masa del Sol), su núcleo puede convertirse en un agujero negro, un objeto tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de él.

Un agujero negro puede ser el resultado final del colapso gravitatorio de una estrella masiva, que se derrumba bajo su propio peso hasta comprimirse en un volumen tan pequeño que su densidad alcanza un valor enorme.

Otra clase de agujeros negros, en cuanto a su tamaño y origen, puede haberse formado en el centro de muchas galaxias por acumulación gravitatoria. Algunas observaciones recientes a partir de los datos proporcionados por el telescopio espacial Hubble, sugieren la presencia de un gigantesco agujero negro en el centro de una galaxia próxima. Puede observarse una enorme espiral de materia que gira rápidamente y parece ir precipitándose hacia un torbellino situado en su centro.

OTROS COMPONENTES DEL COSMOS (2)

Los pulsars, son fuentes de ondas de radio (muy poco energéticas) y, en algunos casos, también de luz visible y de rayos X (muy energéticas), que pulsan a intervalos que van desde unos pocos segundos a una pequeña fracción de segundo. La periodicidad de las emisiones es tan precisa que se les ha calificado como “los relojes mas precisos del Universo”

Los astrónomos creen que un pulsars es un conjunto de estrellas de neutrones en rápida rotación, cuyas radiaciones son emitidas en un estrecho haz, que barre el espacio como la luz de un faro a medida que la estrella gira sobre si misma. Cada vez que apunta hacia la Tierra, es posible detectar una pulsación.

Cuando una estrella normal deja de producir energía mediante reacciones termonucleares, en las cuales ocurre la fusión nuclear (núcleos livianos se unen para convertirse en núcleos más pesados) se contrae o colapsa a causa de la atracción gravitatoria. La contracción ocurre de manera muy violenta. Las capas externas de la estrella, al caer, chocan contra el núcleo sólido de materia que se forma debido al colapso de las capas más internas de la estrella. Luego, estas capas externas “rebotan” produciendo una onda expansiva de choque hacia fuera.

OTROS COMPONENTESDEL COSMOS

Los Cuasars, Son galaxias que emiten una gran cantidad de energía en forma de luz, radiación ultravioleta, ondas de radio, etc. Estos objetos son los más lejanos del Universo que se conocen; algunos de ellos están a una distancia de varios miles de millones de años-luz de la Tierra.

Los Cuásares se alejan de nosotros a velocidades cercanas a la de la luz. Al ser la velocidad proporcional a la distancia, deducimos que deben estar en los confines del universo observable