Origen del Universo

Astronomía. Expansión. Forma. Tipo de materia. Estructura. Cúmulos y Supercúmulos de estrellas. Distancias

  • Enviado por: Sonia
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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INTRODUCCIÓN.

¿Qué es el universo? ¿De qué esta formado? ¿Qué forma tiene? ¿Quién o qué lo creó? ¿Cómo? Estas son algunas de las muchas preguntas que se han hecho a lo largo de la historia y que muchas de ellas no tienen respuesta y quizás no la tendrán nunca.

Según la Real Academia de la Lengua el universo es “conjunto de cosas creadas, mundo” ¿Mundo? ¿Acaso el universo es el mundo? El universo es mucho más que eso. ¿Cosas creadas? ¿Cómo? y ¿Por quién o por qué? Podemos observar que esta definición no es muy acertada, ni concisa.

La palabra universo proviene de un término en latín que significa “convertirse en uno”.

Con este trabajo trataré de dar respuesta a algunas de estas preguntas o de exponer algunas de las hipótesis.

La primera pregunta que me puedo plantear es:

¿Cómo y cuándo nació el universo?

A lo largo de la historia se ha intentado dar respuesta a esta pregunta y algunas de las hipótesis más aceptadas son o han sido:

  • Antes de que apareciese la ciencia las personas atribuían la creación del universo a la obra de un ser o seres superiores que lo crearon todo. Según la religión católica fue creado por Dios. Pero con la evolución del pensamiento y la aparición de la ciencia estas teorías fueron desechadas.1

  • La teoría de Hoyle, que defiende que dice que el universo es estático, que no tiene principio ni fin y que no cambia. Cuando una galaxia se hace vieja y muere otra nueva la sustituye.

Esta teoría no es cierta ya que se ha demostrado que las galaxias se originaron al mismo tiempo.2

  • La teoría del Big-Bang, muy conocida en la actualidad, defiende que el universo está en continuo cambio. Podemos suponer cual fue su origen y como a sido su evolución gracias a su estudio. Las galaxias se están separando, por lo que podemos afirmar que el universo se expande en todas las direcciones, que aumenta de tamaño, de volumen.3

  • La teoría pulsátil del Big-Bang, afirma lo mismo que la teoría del Big-Bang pero además añade que llegará un día en que dejará de expandirse y se contraerá hasta volver a su tamaño inicial.4

No se sabe a ciencia cierta cual es su origen pero actualmente la teoría del Big-Bang es muy aceptada.

Según esta teoría, el universo nació de un punto con densidad infinita en el que explotan las leyes del tiempo y del espacio. Este punto debía de medir menos de un milímetro y una vez que explotó su velocidad de expansión era mucho mayor que la velocidad de la luz.5

Este punto de luz debía de ser homogéneo y, por lo tanto, actualmente todo debería de estar mezclado y ser un gran gas en continua expansión siempre disminuyendo su espesor, debería ser igual en todas las partes, en cambio, lo que en realidad tenemos es un universo muy irregular.6

En la actualidad se cree que el universo se formó hace unos 15.000 millones de años y desde entonces ha estado expandiéndose hasta su tamaño y forma actual.7 Esto nos lleva a hacernos otras preguntas como:

¿El universo sigue expandiéndose? Si es así, ¿Cómo y hasta cuándo?

Pues, en efecto el universo se está expandiendo continuamente. Este hecho fue descubierto por Edwin Hubble en los años veinte y treinta y gracias a este descubrimiento comenzaron las teorías sobre una explosión inicial.1

Las galaxias distantes entre sí siguen separándose en la actualidad, por lo que debió de haber un momento en el que se encontraban muy juntas (diminuto punto inicial).2

Parece ser que la expansión del universo se frenaba después de la gran explosión hasta hace unos 6.000 millones de años, pero entonces la fuerza llamada “energía oscura” prevaleció sobre la atracción gravitatoria de la masa existente y la expansión empezó a acelerarse.3

Para el descubrimiento de Hubble, fue esencial el descubrimiento del efecto Doppler. Sabemos que cada elemento químico se caracteriza por sus líneas espectrales, que nos permiten determinar la composición del material que emitió la luz. Gracias a esto, podemos saber la naturaleza química de un objeto gracias a la luz que emite.

También sabemos que la longitud de onda, de una línea espectral cambia si el objeto está en movimiento, esto es lo que llamamos efecto Doppler.4

Hubble estudió la luz que emiten las estrellas de las galaxias lejanas a nosotros y descubrió que las líneas espectrales estaban corridas hacia el lado rojo del espectro, esto quiere decir, que se están alejando de nosotros y su velocidad de alejamiento es directamente proporcional a la distancia a la que se encuentran las galaxias, es decir, que esta velocidad de separación es mayor cuanto más alejadas están una de la otra.5

Aunque esto es un hecho muy estudiado por la comunidad científica nadie ha conseguido demostrar hasta ahora el porque el universo esta en constante crecimiento pero si se han postulado hipótesis:

  • Hasta ahora se ha creído que la expansión del universo es debida a la “energía oscura”. Esta es una fuerza de repulsión gravitatoria, también llamada energía de vacío, en alusión al vacío cuántico.6

  • Una nueva teoría dice que la aceleración del universo no puede explicarse con fuerzas que conocemos, sino que es el resultado de propiedades inesperadas que manifiestan la gravedad en los confines del universo. La energía se filtra hacia una dimensión que no conocemos, y que solo emerge cuando dos cuerpos celestes alcanzan una distancia cosmológica crítica.7

Esta nueva teoría ha sido llamada “teoría de la secuencia” y predice que existen algunas dimensiones en el universo por donde se puede escapar la gravedad.

Esta gravedad se escapa por los gravitones, que son emitidos por las estrellas y otros cuerpos en la superficie tridimensional del universo y pueden escaparse a otras dimensiones.8

Esta supuesta pérdida de gravedad es la que provoca la aceleración de la expansión del universo.

Cuando dos cuerpos alcanzan una cierta distancia entre sí, la gravitación busca alguna posible ruta de escape entre ambos cuerpos, estas rutas abren un gran número de desvíos multidimensionales disminuyendo la atracción gravitacional y precipitando la expansión de diferentes cuerpos celestes.9

Esta es una nueva teoría creada recientemente y que no es muy conocida. Hasta ahora la teoría más aceptada era la de la energía oscura como la responsable de la expansión del universo, pero deberemos esperar algún tiempo a que esta nueva hipótesis sea más estudiada y criticada por los científicos, y tener más datos sobre ella para saber cual es más acertada.10

Esto nos hace pensar en el porque el sol no se aleja de nuestro planeta, pues bien esta es una pregunta que podemos resolver.11

No se aleja de nosotros porque los sistemas unidos bajo la misma fuerza gravitatoria no se alejan entre sí, debido a que el efecto gravitatorio local domina sobre la fuerza de expansión. Por ejemplo, la galaxia más cercana a nosotros, Andrómeda, esta unida gravitacionalmente a nuestro grupo local de galaxias por lo que no se está alejando de nosotros, en realidad se está acercando a una velocidad de unos 100 km/s (existen posibilidades de de colisión dentro de unos 3.000 millones de años).12

Si el universo es todo lo que existe no podemos pensar que se expande dentro de nada, a la vez que el universo, se expande el espacio. Tampoco podemos pensar que nosotros estamos en el centro del universo, simplemente el universo no tiene centro. Aunque desde nuestro punto de vista podemos pensar que si lo somos porque vemos como todas las galaxias se alejan de nosotros esto es un error ya que nos percataríamos de esta expansión en cualquier punto del universo.13

Esta expansión continuará hasta que la densidad de la materia que contiene el universo sea mayor que una cierta densidad crítica, entonces el universo comenzará a contraerse, (tal como dice la teoría pulsátil del Big-Bang). Pero, recientemente, con el descubrimiento de que la constante cosmológica es diferente a cero se puede pensar que la expansión del universo sea infinita o termine con otra gran explosión, llamada Big Crunch.14

Sabemos que el universo se está expandiendo continuamente pero…

¿Qué forma tiene el universo?

Ya hemos nombrado con anterioridad a la fuerza gravitatoria, pues esta es la responsable de la forma del universo.1

Nos parece que el espacio es plano, pero, en realidad, si atendemos a las grandes distancias no lo es, el tejido geométrico del universo posee una curvatura. Einstein demostró que la materia es capaz de deformar el espacio-tiempo, y que esta curvatura es lo que sentimos como gravitatoria. Con esto queremos decir que el espacio de alrededor de los planetas, las estrellas y otros está curvado, y, además, cuanto mayor sea la masa del cuerpo mayor es la curvatura en el espacio.2

Esto es todavía una hipótesis y para poder aceptarla primero debemos aceptar la hipótesis de que el sistema tiene una simetría esférica, como la tiene los planetas y las estrellas.3

Otra teoría anterior, sobre la forma del universo, postula que el universo no es infinito por todas partes, sino que es más pequeño, o más grande según las direcciones, es decir, que el universo tiene forma de rosquilla. Otras teorías sugieren que el universo es una esfera, hueca, en constante expansión, semejante a una burbuja. Otras dicen que su forma es como la de una silla de montar gigante o la de una patata frita en continuo crecimiento. Incluso algunos indican que se asemeja a un tubo en espiral.

Como otras muchas cosas sobre el universo, esto es algo que no está aclarado definitivamente.4

Si queremos averiguar cual es la forma del universo, debemos resolver las ecuaciones gravitacionales de Einstein, que relacionan la geometría del espacio-tiempo con la distribución de la materia y energía del universo 5. Y esto nos lleva a formularnos otras preguntas como

¿Cuánta materia hay en el universo? ¿Qué tipo de materia hay? ¿Cómo es esta materia?

'Origen del Universo'
Si pudiésemos observar el universo desde fuera, (algo imposible ya que no existe el “fuera del universo”) lo que veríamos serían finas trazas de luz, pequeños espacios vacíos, menos espacios vacíos más grandes y un número más pequeño todavía de espacios vacíos muy grandes. Las trazas de luz estarían dispersas entre los espacios vacíos en pequeños grupos y en grupos más grandes. Estas trazas de luz se corresponden a las galaxias que se agrupan en cúmulos y supercúmulos. Seguramente, nos recordaría a una esponja, una estructura esponjosa, con huecos vacíos.1

Con las pruebas que existen hasta hoy, se cree que el universo está formado por tres tipos de materia:

  • La materia normal, esto es lo que conocemos habitualmente las persona como materia. Está formada por átomos, que a su vez forman las estrellas, los planetas, a nosotros mismo, en definitiva todos los objetos visibles, mejor dicho, los detectables del universo conocido. Al contrario de lo que podemos pensar, esta materia solo es un porcentaje insignificante de la totalidad del universo, solo un 5%.2

  • La materia oscura, que no conocemos su naturaleza y se piensa que constituye el 25% del universo actual. Que ha sido el causante de que las estructuras cósmicas hayan crecido. Posiblemente si no hubiese existido esta materia no se hubiesen formado los planetas, ni las estrellas, ni, por supuesto, los seres humanos.3

  • La energía oscura, que constituye el 70% del universo restante, y es la causante de la actual expansión del universo. 4

Como ya he dicho antes, la materia oscura es de naturaleza desconocida y no sabemos mucho sobre ella. 5

Algunos astrónomos piensan que esta materia está formada por neutrones y protones y posiblemente determinará el futuro evolutivo del universo. 6

Si no hay la suficiente materia oscura para ligar gravitatoriamente al universo, este seguirá expandiéndose para siempre, pero, si por el contrario, si que existe la suficiente materia para ligarlo, el universo detendrá su expansión y se contraerá progresivamente hasta colapsar.7

Esta materia no emite luz, y por ello, es llamada materia oscura, o refleja la luz visible u otras formas de radiación electromagnética. Quizás, su luz es tan débil que los instrumentos astronómicos, que existen hoy, no son capaces de detectarla.

Su existencia fue descubierta en 1932 al calcular la masa del disco de la galaxia sobre estrellas se obtuvo como resultado el doble de la masa visible.8

De la energía oscura podemos decir muy poco. Que no emite luz. No manifiesta su presencia en galaxias. Y es posible que sea difusa y se distribuya muy uniformemente. Es baja energía. La relación entre presión y densidad nos permite saber que este tipo de energía es cualitativamente muy diferente a la materia oscura.

Es la responsable de la aceleración de la expansión del universo ya que ejerce una presión negativa, como la energía de “vacío” que dominó los primeros momentos de la existencia del universo.9

Como ya hemos dicho la materia ordinaria constituye las estructuras del universo que podemos ver, y existen numerosas de estas estructuras como son las estrellas, los planetas, las nebulosas, galaxias, cuásares, cúmulos y supercúmulos de galaxias…10

Estructuras del universo.

- SUPERNOVAS:

Una de las estructuras del universo menos conocidas y que crean mayor interés entre los astrónomos son las supernovas.

Las supernovas son estrellas que aparecen en el cielo de una forma inesperada y que solo son visibles durante un pequeño periodo de tiempo. Esto corresponde en realidad a la última fase de la evolución de algunas estrellas, cuando ya han acabado su combustible se vuelven inestables y colapsan entre sí mismas explotando con una luminosidad que compite con la luminosidad de la galaxia a la que pertenece. Existen dos clases de supernovas, unas son las que se forman a partir de estrellas con una gran masa y las que se crean a partir de la explosión de una estrella enana blanca. Si esta enana blanca empieza a absorber la materia su estrella vecina, comienzan unas reacciones nucleares que llevan a la desintegración total de la enana.

Las supernovas dan lugar a las nebulosas.1

- NEBULOSAS

Una nebulosa es una nube de gas y polvo formada fundamentalmente por hidrógeno, el elemento químico más abundante en el universo. También poseen casi un 10% de helio y pequeñas cantidades de otras sustancias. Se han detectado nebulosas en casi todas las galaxias, incluida la nuestra. La mayoría de las nebulosas, sobre todo las más grandes, reciben su luz de las estrellas a las que envuelven, es decir, no tienen brillo propio sino que lo adquieren cuando interceptan la luminosidad de las estrellas. Existen diferentes tipos de nebulosas, están las nebulosas de reflexión, de emisión, oscuras y planetarias. La nebulosa es una de las etapas de una estrella, son los restos de las supernovas, y en el centro de estas nebulosas están los pulsares.2

- CUÁSERES:

Estos son las galaxias más brillantes del universo, con luminosidades comparables a cien billones de soles. Tienen grandes desplazamientos al rojo que corresponden a grandes velocidades que no pueden ser calculadas utilizando la fórmula Doppler.

Quizás la luz de los cuásares más lejanos conocidos, hasta hoy, que observamos ahora procede de cuando el universo tenía tan sólo un 5% de su edad actual.

El responsable de la luminosidad observada no son las estrellas, como ocurre en las galaxias normales, sino un gran agujero negro que se encuentra en el centro. Este gigantesco agujero atrae la materia circundante que en su caída libera una gran cantidad de energía. La mayoría de los científicos piensa que el origen de los cuásares es debida a la colisión de dos galaxias ricas en gas. En una primera etapa la concentración de materia provoca la formación de un gran número de estrellas que permanecerán agrupadas en un cúmulo. Si su masa es suficientemente grande, provocará por si misma, sin necesidad de otras causas externas, el agujero negro gigante central. También existe otra hipótesis de que un cuasar en una fase de una galaxia que aparece entre dos fases normales. Para esta hipótesis necesitamos creer antes la hipótesis de que en el centro de la galaxia hay siempre un gran agujero negro.3

- CÚMULOS Y SUPERCÚMULOS DE ESTRELLAS:

'Origen del Universo'
Las galaxias tienden a agruparse en grupos de miles de galaxias que tienen diferentes formas y tamaños, estos son los cúmulos de galaxias. Estas galaxias están unidas entre sí por la fuerza de la gravedad pero, igual, algún día la expansión acelerada del universo se impone a la fuerza de la gravedad y para la acumulación de materia.

En estos cúmulos, las galaxias elípticas se encuentran situadas por el centro, y las que tienen forma de espiral o son irregulares están más cerca de los bordes.

Estos cúmulos, a su vez, se agrupan formando estructuras de mayor tamaño, son los supercúmulos de galaxias. Estos supercúmulos pueden llegar a medir 100 millones de años luz, pero entre un supercúmulo y otro existen grandes espacios vacíos de hasta 200 años luz, en los que no hay ni siquiera una galaxia.4

- AGUJEROS NEGROS

Los agujeros negros son objetos que no dejan escapar ningún tipo de radiación debido a la fuerte atracción gravitatoria que ejercen en el espacio que les rodea.

La teoría de la evolución estelar relata que una estrella de mucha masa se convertirá en un agujero negro cuando todo el combustible de su interior se agote. Si la masa de un objeto invisible es mayor que 5 masa solares, probablemente es que se trate de un agujero negro. Los agujeros negros absorben objetos, que se encuentran a ciertas distancias de él como por ejemplo, estrellas cercanas. El comportamiento en el interior de los agujeros negros no se puede explicar con los conocimientos que tenemos hasta ahora, pues allí, ni la física ni las matemáticas que conocemos se cumplen.5

Existen otros componentes del Universo tales como la antimateria, pulsares, los agujeros blancos y la radiación remanente.

Pero como ya he dicho en el universo existen infinidad de huecos vacíos entre los cúmulos de galaxias y huecos mucho más extensos entre supercúmulos de galaxias. Estas son distancias muy grandes, casi inimaginables para las personas.

¿Cómo podemos imaginarnos las grandes distancias en el universo?

Las imágenes que nos llegan de las galaxias muy lejanas corresponden, en realidad, a etapas de la evolución del universo muy anteriores a la actual.

Imaginemos que, por ejemplo, un punto de una de las muchas galaxias que existen en el Universo deja de emitir luz. Se pone negro. Esta oleada de oscuridad se esparce desde este punto en todas las direcciones a la velocidad más rápida posible, la de la luz, Nosotros, si pudiésemos mirar desde el exterior del Universo, podríamos ver que la galaxia comienza a oscurecerse lentamente, pero necesitará decenas de años antes de que se apague por completo. Pasarían cientos de miles de años antes de que la oscuridad se extendiera a otros puntos vecinos. Tardaría unos 12.000 millones de años, como mínimo, en oscurecer todo el Universo.1

No podemos ir más deprisa que la velocidad de la luz. A esta velocidad, tardaríamos unos 160.000 años ir hasta el último punto de nuestra propia galaxia y regresar, y 4.600.000 años viajar a la galaxia de Andrómeda, nuestro vecino grande más cercano, y regresar. 2

Incluso la luz procedente de la estrella más cercana a nosotros tarda cuatro años en llegar hasta nosotros, esto quiere decir, que ahora estamos observando esa estrella tal y como era hace cuatro años, cuando observamos una estrella estamos observando, en realidad, su pasado. Hasta la luz del sol tarda ocho minutos en llegar hasta aquí, es decir, en un supuesto de que el sol explotase nosotros nos daríamos cuenta de ello a los ocho minutos. La luz que nos llega de las galaxias que se encuentran más lejanas a nosotros fue emitida en los primeros momentos del universo.3

Si empezamos a observar cualquier punto del universo, no observaremos ningún cambio en toda nuestra vida, ni posiblemente los observaríamos en cien vidas, o muy pocos. Los cambios en el universo tardan miles, millones de años y por ello para nosotros, las personas, nos es difícil estudiarlos, ya que somos muy prisioneros de nuestro tiempo, y el tiempo en realidad es muy relativo.4

Como conclusión decir que, la materia que podemos ver es una mínima parte del universo, y conocemos muy poco sobre el universo, ya que no sabemos con seguridad cual es su origen, o si tiene origen, ni tampoco fin. Con la información que tenemos nos podemos hacer una idea de las grandes distancias en el universo y nos hacemos conscientes de que nos es imposible conocer todo el universo, ni la mínima parte de él, ya que la velocidad máxima a la que podemos viajar los humanos es la quinta parte de la velocidad de la luz.

Solo podemos averiguar datos de una forma indirecta, con ecuaciones y otros datos y hacemos unas interpretaciones del universo pero, si el universo está en constante expansión estas representaciones no son acertadas ni tampoco podemos saber si son totalmente verdaderas porque no podemos observar el universo desde fuera, ya que no existe. Por lo que ¿estamos condenados los humanos a vivir en un mundo que nunca conocemos? Existen muchas preguntas que no tienen respuesta, ni la tendrán o… ¿Quizás si?