Universo

Astronomía. Creación del mundo. Sistema solar. Planetas. Galaxias. Vía Láctea. Nacimiento y muerte de estrellas. Sol. Big Bang. Evolución cósmica

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I. La Tierra,

De pie sobre la superficie de la Tierra experimentamos una sensación de solidez e inmovilidad que hace difícil concebir que la realidad se mueve velozmente. Debido a esta sensación de inmovilidad, las culturas antiguas concluyeron que la tierra era el centro del Universo, un centro inmóvil, que se mantenía estático. A principios del siglo XVI el astrónomo polonés Nicolás Copérnico investigaba y trataba de describir las órbitas del Sol y los planetas entonces conocidos. Copérnico descubrió de una manera muy sencilla de describir los movimientos orbítales, pero su modelo requería de una condición desconcertante: era el Sol y no la Tierra el que debería considerarse el centro natural de las órbitas de los planetas, incluida la Tierra.

¿ Por qué si la Tierra tiene un movimiento de rotación y describe una órbita alrededor del Sol, nosotros la sentimos tan sólida e inmóvil?

La conclusión de Copérnico de que el Sol es el centro alrededor del cual orbitan los planetas fue la primera sacudida científica en el camino que nos ha llevado a la conclusión de que los seres humanos habitamos un lugar del Universo que no tiene nada en especial. El paso siguiente lo dio Isaac Newton cuando enunció la ley de la gravitación universal a fines del siglo XVII. El Sol, que contiene el 99.9% de la masa total del Sistema Solar se halla en su centro y, a su alrededor, como granos de polvo, giran los planetas.

El Sistema Solar tiene dos características básicas que debe explicar cualquier modelo teórico que pretenda definir su origen y evolución. Primero, todos los planetas, con la excepción de Plutón, se hallan situados aproximadamente en el mismo plano y giran en el mismo sentido.

II. El Sol, la estrella más cercana

Casi toda la materia que constituye el Universo está atrapada en forma de estrellas. Estas esferas gigantescas de gas caliente alcanzan diámetros que van de cientos a miles de veces el diámetro de la Tierra. Las estrellas tienen brillo propio porque en su centro las presiones y temperaturas son lo suficientemente elevadas como para propiciar que los átomos colisionen entre sí frecuente y fuertemente. En estas colisiones, a veces se fusionan dos o más núcleos atómicos para formar uno solo. A este fenómeno se le llama fusión termonuclear, en el cual se lleva acabo un proceso de transformación de materia en energía esto es consecuencia de la equivalencia materia-e energía, enunciada por Albert Einstein en su famosa fórmula E = mc2.

La estrella más cercana a nosotros es, naturalmente nuestro Sol, en cuyo centro el proceso de fusión termonuclear de hidrógeno en helio está ocurriendo en cantidades difíciles de concebir. Cada segundo, en el interior del Sol se transforman más de cuatro millones de toneladas de materia en energía. Esta energía resultante de las reacciones termonucleares viaja desde el centro hasta la superficie del Sol, donde es radiada en forma de luz al espacio circundante. Cómo la luz del sol tarda aproximadamente 500 segundos en llegar a la tierra, y en un segundo recorre 300 000 Km, encontramos que del Sol a la tierra hay 300 000 x 500 = ¡ 150 millones de Km! .Una distancia en verdad descomunal, pero insignificante si la comparamos con otras distancias.

La siguiente estrella más cercana, Centauri, que está a 4 años luz de distancia (un año luz será pues la distancia recorrida por un rayo de luz en un año). No es pues de extrañar que las estrellas lejanas se vean como puntitos de luz mientras que la nuestra nos deslumbre. Así, las miles de estrellas que podemos observar a simple vista, y los millones que se pueden ver con un telescopio, son otros soles que quizá tienen sistemas planetarios como el nuestro. Sin embargo, es muy importante aclarar que no todas las estrellas son idénticas del Sol. Las estrellas pueden tener diferentes masas que van desde las estrellas pequeñas cuya masa es un décima parte de la del sol hasta aquellas cuya masa es sesenta veces la del Sol.

III. El nacimiento de una estrella

El universo está en continuo cambio, en incesante evolución. Pero esto es muy difícil de percibir debido a la lentitud con que los cambios ocurren ¿No vemos salir al Sol todos los días con el mismo resplandor? ¿No brillan las estrellas en un lugar fijo de la bóveda celeste? Esta engañosa inmutabilidades consecuencia de la corta duración de nuestra vida en comparación con los larguísimos tiempos en que evolucionan las estrellas y los otros objetos cósmicos.

El astrónomo puede clasificar las estrellas analizando su luz. Esta luz es descompuesta en sus colores constituyentes mediante las llamadas técnicas espectroscópicas. Al pasar la luz de una estrella a través de un prisma ésta se descompone como un arco iris, o sea formando el “espectro” de dicha estrella.

Las diferencias que existen entre las estrellas se deben principalmente a dos efectos: por una parte, hay estrellas de masa distinta y, las pesadas son las azules. El segundo efecto vale para estrellas de masa idéntica pero que se encuentra en distintas etapas de su vida.

La idea de que las estrellas nacen viven y mueren tiene amplio apoyo teórico y de observación. Las estrellas están radiando energía. Los astrofísicos han logrado desarrollar modelos matemáticos de computadora que predicen muy bien las características de las estrellas jóvenes, maduras, o viejas.

¿De donde procede el material del cual nace una nueva estrella? El espacio entre las estrellas ya existentes está casi vacío. El casi se debe a que en el espacio interestelar existen nubes de gas constituidas fundamentalmente por átomos libres de hidrógeno y helio. Estas nubes son gigantescas, y llegan a tener cientos de años luz de diámetro. Pues bien, del gas libre que constituye a estas nubes se forman las nuevas estrellas, debido a alguna perturbación una parte de la nube empieza a contraerse ayudada por la atracción mutua de las partículas que la forman a este procesó se le llama colapso gravitacional, y hace que la nube en colapso aumente más y más hasta que se constituye un núcleo de alta densidad del cual se forma una nueva estrella.

Todo este proceso se da en el interior dela nube de la cual el fragmento en colapso formaba parte las nubes interestelares son opacas al paso de la luz y por lo tanto no podemos observar las emisiones de la estrella recién nacida. De manera simultánea a la formación de la nueva estrella, a su alrededor pueden ocurrir los procesos que llevan a la posible formación de un sistema planetario. Los fragmentos de nube que se colapsan para formar una estrella deben, en general, tener movimientos internos caóticos. Sin embargo, es muy probable que, como un todo, el fragmento tenga una cierta cantidad de energía en rotación. Esta rotación presente hace que el colapso se modifique profundamente. En lugar de que se forma es una nube aplanada con un núcleo central. De este núcleo se formara la estrella, mientras que la parte aplanada evolucionara hasta condensarse en forma de planetas. Como estos se forman del disco gaseoso alrededor del núcleo, se explica que tengan sus orbitas en un mismo plano. Los astrónomos creen que la formación de un disco alrededor del núcleo central es un fenómeno común, puesto que lo observamos no sólo en el Sistema Solar como un todo, sino también en Saturno y Júpiter, planetas que tienen sistemas de anillos y satélites con sus órbitas contenidas en un plano.

Los planetas de tipo terrestre son Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Los planetas de tipo joviano son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Plutón, que tiene su orbita en un plano distinto al de los otros planetas, tampoco encaja en esta clasificación

Los planetas internos se formaron de núcleos rocosos y son por eso sólidos, mientras que en la parte externa los planetas se formaron por granos que aun tenían su cubierta de hielo. Por eso son más grandes y los hielos, al sublimarse, formaron esferas gaseosas. Los núcleos rocosos que participaron en la formación de se hallan asentados en el centro de los planetas de tipo joviano.

Durante su infancia, las estrellas se estabilizan y entran en un largo periodo de madurez. El Sol se halla en medio de este periodo de tiempo, pues han transcurrido 4500 millones de años desde la formación del Sistema Solar.

IV. Las tres posibles muertes de una estrella

Durante su vida adulta, las estrellas producen luz y calor mediante procesos de fusión termonuclear que ocurren en su interior. Es tan grande la masa de una estrella y tan eficiente el proceso nuclear, que la producción de energía puede ser mantenida por muchísimo tiempo. En el caso del Sol todavía nos quedan 4500 millones de años antes de que el marcador llegue a cero.

Pero no es el tipo de muerte que le espera a todas las estrellas. S u destino lo determinara que sean ligeras o pesadas. Son ligeras las estrellas cuya masa es menor a seis veces la del sol; es decir, que nuestro Sol esta dentro de la categoría de las estrellas ligeras.

Las estrellas ligeras, después de una larga etapa de madurez en la secuencia principal, aumentan su tamaño hasta alcanzar un diámetro de cientos de veces mayor al que tenían durante su vida estable. Cuando una estrella está en esta etapa se le llama, apropiadamente, una gigante roja. Cuando el Sol crezca hasta convertirse en una gigante roja, englobara a la Tierra, que mando y destruyendo a la vida que entonces pueda haber. Después de este periodo como gigante roja, comenzará a sufrir una etapa de encogimiento volviendo a pasar por el diámetro que ahora tiene y seguirá reduciéndose hasta alcanzar un diámetro similar al de la Tierra. Alas estrellas en esta etapa terminal se les conoce como enanas blancas y, de nuevo son muchísimas las que se conocen y estudian con gran detalle. Agotado su combustible nuclear, la estrella comienza un lento pero inexorable proceso de enfriamiento. Igualmente, su luz se va extinguiendo poco a poco. A la Tierra le espera primero la calcinación y luego el congelamiento.

A las estrellas con masa mayor a seis veces la del Sol, que hemos llamado pesadas, les espera un destino aun más espectacular y cataclísmico. Una vez agotado el combustible nuclear, la estrella se encuentra repentinamente sin presión interna que detenga a la atracción gravitacional. La estrella se colapsa rápida violentamente. Esto crea en su interior presiones elevadísimas, fusionando a los protones y electrones para crear neutrones y liberando energía en gran cantidad.

Las capas exteriores de la estrella absorben esta energía y salen disparadas hacia afuera, mientras el núcleo continua su colapso. Las capas exteriores se expanden a grandes velocidades formando bellas nebulosidades que son testigos mudos de la violencia explosión fenómeno que se conoce como supernova. Durante los primeros meses que siguen a la explosión, la supernova alcanza el brillo de mil millones de soles.

En la nube de gas en expansión que queda como evidencia de la estrella que exploto en 1054 d. C., en la constelación de Toro. Esta explosión fue observada y registrada por los astrónomos chinos. En el centro de la nube se halla un pulsar que ha sido estudiado detalladamente. El pulsar es una estrella de neutrones que emite pulsos de radio. La del Cangrejo de treinta revoluciones por segundo. A la nube de gas se le llama nebulosa del Cangrejo porque los filamentos que tiene recuerdan las patas de un cangrejo. Si la estrella tenía una masa entre seis y treinta veces la masa del Sol, el núcleo en colapso logra estabilizarse. Este esta formado exclusivamente de neutrones. ¿Se observan en el cielo este tipo de estrellas? Con un telescopio que capte luz visible no se les puede detectar porque son pequeñísimas, como de unos 10 kilómetros de radio, y emiten muy poca luz visible. Sin embargo, poseen en su superficie regiones que emiten intensas ondas de radio que sí pueden ser estudiadas. Como las estrellas de neutrones rotan velozmente, actúan como un faro cósmico. Cada vez que da una vuelta, la región que emite ondas de radio apunta hacia la Tierra.

Este tipo de emisión de radio en pulsos fue detectado por primera vez en 1967 por los radioastrónomos británicos Jocelyn Bell y Anthony Hewish. O sea que las estrellas de neutrones y los pulsares son el mismo objeto. En la actualidad se conocen varios cientos de pulsares (estrellas de neutrones).

El tercer posible estado terminal de una estrella presenta características aún más desconcertantes. Si la estrella tenía originalmente más de treinta veces la masa del Sol, su núcleo continúa colapsándose más allá de la etapa de estrella de neutrones hasta formar un hoyo negro.

A diferencia de las enanas blancas y las estrellas de neutrones, que son observadas y estudiadas rutinaria mente, no existe aún prueba definitiva de que los hoyos negros existen. ¿Por qué? El hoyo negro que la teoría predice que se debe formar a consecuencia del colapso de una estrella, tendría un radio de solo unos kilómetros. La fuerza de gravedad en un hoyo negro es tan grande que ni la luz alcanza a salir de él, ya no digamos cuerpo material.

Recientemente, se ha sugerido que en el núcleo de algunas galaxias, entre ellas la nuestra, mora un hoyo negro con masa formidable, millones de masas solares y aún más. Estos hoyos negros supermasivos pudieron haberse formado junto con el resto de la galaxia hace alrededor de diez mil millones de años. Quizás el estudio de este tipo de objetos en el núcleo de las galaxias dé la evidencia sólida e indiscutible que los astrónomos más incrédulos reclaman.

V La Vía Láctea: nuestra galaxia

¿Qué es una galaxia? Nuestro Sol es sólo es una de un número inmenso de estrellas que forman un conglomerado de forma aplanada de dimensiones también muy grandes.

Este conglomerado de estrellas y nubes de gas tiene la forma de un disco con una protuberancia en su centro.

El Sol y su sistema planetario se encuentran cerca de una de las orillas del disco, perdidos como un grano de arena entre las otras cien mil millones de estrellas que lo integran. Este es un número de estrellas muy grande, diez veces mayor que el numero de neuronas que hay en un cerebro humano.

Nuestra galaxia es, pues, este colosal disco de estrellas y gas que gira majestuosamente alrededor de su centro. Como la galaxia tiene forma de disco uno espera ver a las estrellas agrupadas en una banda que parecería rodear a la tierra. Esta banda de luz es precisamente lo que los romanos bautizaron como Vía Láctea. Las estrellas que observamos fuera de la vía Láctea son generalmente estrellas muy cercanas que aparecen proyectadas en todas direcciones.

Nuestra galaxia es un verdadero zoológico de entes cósmicos. Contiene todo tipo de estrellas, nubes de las cuales se forman nuevas estrellas, estrellas que luego de ser gigantes rojas, eyectan una voluta de gas, antes de continuar su evolución para convertirse en una enana blanca.

La teoría de la evolución estelar le proporciona el marco de referencia necesario para explicarse la diversidad de objetos que existen en el cielo.

Como hemos visto, las estrellas nacen, tienen una larga vida estable y mueren. Conforme su existencia transcurre, se transfiguran en objetos de distintas características. El esquema de evolución estelar tiene pues una propiedad muy poderosa: permite explicar la naturaleza de objetos que al parecer no tienen nada que ver entre sí, pero que en realidad son caras diversas que presentan las estrellas.

Nuestra galaxia está, pues, constituida por un gran numero de estrellas en distintos grados evolutivos, así como una metrópolis alberga infantes, personas maduras y ancianos.

VI. Galaxias por doquiera

Más allá de los confines de nuestra galaxia se extiende un espacio que debe estar muy vacío: hasta ahora no se ha podido detectar en él estrellas o gas. Sin embargo, nuestra galaxia no es todo el Universo. Si continuamos avanzando en este espacio tenue que existe fuera d nuestra galaxia, tarde que temprano nos encontraremos con otra galaxia. Las hay aplanadas como la nuestra; a este tipo se le llama galaxia espiral porque de su centro parten dos brazos de forma espiral.

También las hay más o menos redondas; son las galaxias llamadas elípticas. Finalmente, a las galaxias que no caen en ninguna de las dos clasificaciones anteriores las llamamos galaxias irregulares.

La distancia que separa a las galaxias es inmensa. Una de las galaxias más próximas a nosotros es la de Andrómeda. La luz que de ella podemos observar comenzó su viaje hace más de dos millones de años, antes de que apareciese el hombre en la faz de la Tierra.

Hay fenómenos que ocurren en el centro de las galaxias que aún no son bien entendidos. Las regiones centrales de algunas de ellas emiten energía en cantidad tan grande que el fenómeno no se puede explicar simplemente proponiendo que ahí hay concentrado un gran numero de estrellas. Más aún, esta energía radiada varía de mes a mes, mientras que la luz de las estrellas normales es muy constante. Esta actividad inusitada de las regiones centrales de algunas galaxias se ve a veces acompañada de la presencia de dos chorros de gas que emiten ondas de radio muy intensas.

Esta incapacidad ha llevado a formular la proposición de que en el centro de algunas galaxias, existe un hoyo negro supermasivo con la masa de millones de soles. Este hoyo negro podría ser la “ maquina” capaz de generar las grandes cantidades de energía, así como los chorros simétricos de gas. El modelo supone que alrededor del hoyo negro existe gas en rápida rotación. Este gas se calentaría a altas temperaturas debido a la fricción que esta que esta rotación produjera. La fricción también provocaría que el gas cayera en trayectoria espiral hacia el hoyo negro. Hoy se sabe que los cuásares emiten radiación en cantidad mucho mayor que el núcleo de las galaxias normales. Por otra parte podría haber una relación muy intima entre los cuásares y el núcleo de las galaxias.

VII. Un universo en expansión

En este Universo ocupado por galaxias de formas diversas, el astrónomo busca responderse las preguntas realmente fundamentales: ¿de donde viene esto? , ¿A donde va?

Pero en lugar de sentarse en espera de la iluminación divina que le dé la respuesta, continua su labor, muchas veces modesta. Sabe que su trabajo puede referirse a algún tipo de estrella en particular, a algún fenómeno aparentemente poco importante y no a las grandes preguntas, pero también sabe que todo nuevo conocimiento es una pieza más del rompecabezas.

Además nunca sabe uno cuándo el estudio sistemático de los objetos aparentemente sin importancia puede dar lugar a un hallazgo de importancia básica.

Durante la década de 1920, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble estaba dedicado a estudiar la luz emitida por las galaxias externas. No se esperaba que esta luz tuviera nada en especial. Después de todo, es simplemente la luz sumada de miles de millones de estrellas como las que conocemos tan bien en nuestra galaxia.

Cuando la luz de una estrella es descompuesta espectroscópicamente, en el espectro resultante aparecen rayas obscuras, partes del espectro que contienen menos luz que las adyacentes, el calcio produce dos rayas espectrales muy obscuras que son fáciles de distinguir en el espectro de una estrella y por tanto de una galaxia.

Hubble encontró que las rayas del calcio no aparecían en la región del espectro donde se esperaba, que es la región violeta, sino que aparecían corridas hacia la región roja.

Este corrimiento al rojo de las rayas de calcio significaba que las galaxias que emiten dicho espectro se alejan de nosotros velozmente.

Hubble continuó estudiando este fenómeno y encontró que si suponía que las galaxias que se ven más pequeñas en el cielo son las más alejadas, eran estas también las que se alejaban más rápido de la nuestra. Esto lo expresó matemática mente en lo que hoy conocemos como la ley de Hobble: v = HD.

En esta ecuación v es la velocidad de alejamiento de la galaxia en cuestión y D es su distancia a nuestra galaxia. H es la llamada constante de Hubble.

¡Un Universo en expansión! Ciertamente, nadie se lo esperaba. Es importante aclarar que, aun cuando las velocidades de alejamiento son muy grandes, las distancias son aún mayores, así que no podemos apreciar directamente el fenómeno de alejamiento en nuestras vidas. Pero si viviesen cientos de millones de años podríamos apreciar, a través de este lapso de tiempo, cómo las galaxias se van alejando, haciéndose cada vez más pequeñas a la observación.

Por supuesto, este monumental descubrimiento llevaba a una cuestión muy importante: ¿qué pudo haber sido el fenómeno tan poderoso que arrojó en todas direcciones a las inmensas galaxias como si fueran gotas de agua?

Hizo falta la colaboración de muchas de las mentes más lúcidas entre los astrónomos de principios de nuestro siglo para llegar a la conclusión de que nuestro Universo se había originado en el pasado muy remoto en una titánica Gran Explosión.

VIII. La Gran Explosión

Aproximadamente diez años antes del descubrimiento de la expansión de Universo, el físico Albert Einstein había desarrollado su teoría general de la relatividad. Como parte de las aplicaciones a su teoría, Einstein elaboró un modelo matemático del Universo que no aceptaba como solución un Universo estático y exigía que el Universo estuviese en contracción o bien en expansión. Einstein encontró este resultado poco satisfactorio y, para evitar confrontarlo, introdujo en sus ecuaciones un termino arbitrario, la constante cosmológica, que permitía que el modelo diera como solución un Universo estático.

Años después, cuando Einstein se enteró del resultado de las observaciones de Hubble, reconoció que sus ecuaciones en forma original eran más adecuadas para describir el Universo y llamo a la introducción de la constante cosmológica, “el más grande error de mi vida”.

Si echamos imaginariamente a andar el tiempo en reversa, encontramos que, como las galaxias se alejan entre sí, en el pasado estaban más cercanas. Si continuamos echando el tiempo para atrás alcanzamos un momento en que las galaxias, hoy tan separadas, comenzarían a tocarse. Finalmente, llegaríamos a un momento en que toda la masa del Universo se encontraría concentrada en un volumen relativamente pequeño. Como conocemos la velocidad con que se separan entre sí las galaxias, es posible estimar cuánto tiempo hace desde que se encontraban tan juntas y comprimidas, puesto que el Universo era entonces homogéneo y bien mezclado. El tiempo transcurrido es de alrededor de 15 mil millones de años. Esto suena mucho, pero hay que recordar que el Sol y el sistema planetario se formaron hace 5 mil millones de años.

Fue de aquel núcleo primogénito que el Universo se originó hace 15 mil millones de años en una violenta explosión. E l gas, originalmente muy caliente y homogéneo, fue expandiéndose velozmente. Poco a poco fue enfriándose y de él fueron formándose grumos de gigantescas proporciones.

Una vez formadas las galaxias, entre ellas la nuestra, se inició en cada una el proceso de subdivisión que lleva a la formación de soles individuales.

0 T Gran Explosión

I

5 mil millones de años E Formación de nuestra galaxia

M

10 mil millones de años P Formación del Sol

O

15 mil millones de años P r e s e n t e

La teoría de la Gran Explosión incluida una gran predicción que se pudo comprobar finalmente hace menos de veinte años. En 1948 el físico de origen ruso, George Gamow; Trabajando dentro del marco de la Gran Explosión, hizo notar que el intenso calor de la explosión debió haber producido grandes cantidades de radiación electromagnética que debería estar presente en el Universo; también predijo que dicha radiación estaría ahora en forma de ondas de radio muy débiles. En aquel entonces las técnicas de detección de ondas de radio no eran lo suficientemente sensitivas para medir dicha radiación.

En 1965 los radioastrónomos estadounidenses Arno Penzias y Robert Wilson utilizaban un radiotelescopio muy sensitivo para medir ondas de radio que pudieran entorpecer la telecomunicación vía satélite. Para su desconcierto, encontraron que el sensitivo aparato registraba un exceso de ondas de radio que no podían atribuir a nada, tiempo depuse gracias a un colega que les recordó la predicción de Gamow hecho que aunque fortuito les levo a tener el premio Novel de Física en 1978.

¿Se expandirá el Universo por siempre? Su expansión depende de la cantidad de masa que contiene. La fuerza de atracción gravitacional entre las galaxias produce una desaceleración de la expansión. Sin embargo, si la masa del Universo está formada sólo por las galaxias, la fuerza de atracción gravitacional nunca logrará detener la expansión y evolucionaremos hacia un Universo cada vez más vació.

IX. Evolución cósmica

Aunque parezca excesivamente ambicioso o casi imposible, la ciencia puede proporcionar un esquema de la evolución del Cosmos que se inicia con la Gran Explosión y llega hasta nuestros tiempos. Este esquema es imperfecto e incluye puntos en los que nuestra comprensión de lo que ocurrió es limitada, pero globalmente tiene una capacidad de predicción notable.

El momento del inicio de nuestro esquema es el menos comprendido. ¿Qué ocurría antes de la Gran Explosión? No lo sabemos porque la violencia y las altísimas temperaturas borraron toda información de lo que pudo haber antes. Así como al ver un recipiente con hierro fundido no podemos decir si dicho hierro era parte de una silla o de un auto o de una ventana, la Gran Explosión fue el crisol del cual surgió un Universo nuevo, sin memoria.

Alrededor del millón de años de la Gran Explosión, el Universo estaba relativamente frió como a 1000 grados centígrados. Esto redujo la tendencia de cualquier homogeneidad a expanderse individualmente, y permitió a la fuerza de gravedad hacer su trabajo de contracción.

Estos grumos o inhomogeneidades, aun cuando seguían participando en la expansión del Universo, individualmente se contraían. Cada grumo daría lugar a una galaxia. Como a los 5 mil millones de años de la Gran Explosión, la contracción de las galaxias se hallaba estabilizada y, en el gas que las formaba, comenzó a producirse la formación de estrellas.

Durante la explosión de una supernova se vuelve a dar las condiciones físicas extremas que permiten la síntesis de núcleos sencillos como el hidrógeno y el helio en núcleos más complejos como el carbono, el oxigeno, el fósforo, el hierro, etcétera.

Es realmente asombroso pensar que el oxigeno que forma parte de nuestra sangre, el calcio que forma parte de nuestros huesos, así como todos los elementos químicos que nos forman han estado involucrados en dos explosiones.

Una hace 15 mil millones d años, la Gran Explosión, y otra más modesta y, relativamente más reciente pero que fue necesaria para completar la lista de elementos químicos indispensables para que pueda surgir la vida. La explosión tipo supernova que proporcionó los elementos faltantes pudo además haber ayudado al colapso gravitacional que formo el Sol.

Las nubes moleculares de las cuales nacen las estrellas se hayan en un equilibrio precario y ciertos estudios sugieren que fue una explosión de supernova la que dio el “empujoncito” que necesitaba para colapsarse la nube que se formó el Sol. Una ves formado el Sol y el Sistema Solar la vida aparece relativamente pronto.

Las formas de vida más antiguas que se han encontrado tienen tres mil quinientos millones de años. Pero la vida inteligente tarda mucho más en aparecer. Los homínidos más antiguos tienen sólo unos dos millones de años. El ser humano sólo ha estado presente en el Universo en la última diezmilésima parte de su historia.

Pero gracias precisamente a su inteligencia, es capaz de comprender lo que ocurrió en las anteriores nueve mil novecientas noventa y nueve diezmilésimas de la historia. Como parte de su evolución, el Universo ha formado un ser que lo contempla y trata de entenderlo.

X. Las astronomías invisibles

El ser humano ha aprendido mucho del Universo aun cuando sólo ha estado físicamente presente en una muy pequeña parte de su historia. Esto ha sido posible gracias a un fenómeno físico maravilloso: la luz.

Los astros emiten luz que el astrónomo capta y estudia con sus telescopios e instrumentos. Sin tener en sus manos una muestra del astro estudiado, el científico puede averiguar su temperatura, su densidad su composición química, todo gracias a la luz.

Mediante los instrumentos adecuados, el rayo de luz es descompuesto en sus colores básicos formando el espectro de la estrella. La intensidad relativa de estos colores entre sí nos dice qué temperatura tiene la estrella estudiada. La presencia de “rayas”espectrales (bandas obscuras en el espectro) en sitios bien determinados revela la presencia de elementos químicos. Este tipo de estudios ha avanzado tanto que se dice, sin exageración, que conocemos mejor la composición química de la superficie de las estrellas que la del interior de la Tierra.

La radiación que nosotros llamamos luz, junto con las otras radiaciones invisibles, forman parte del fenómeno llamado radiación electromagnética. Esta radiación está constituida por fotones. Cuando los fotones tienen un tamaño (o longitud de onda) de entre 0.3 y 0.7 micras, el ojo humano los puede detectar. Si tienen longitud de onda mayor o menor pasan desapercibidos. Los fotones a los que el ojo humano es sensible tienen longitudes de onda muy pequeños (una micra es una millonésima de metro).

Cada una de las cinco astronomías invisibles ha aportado el descubrimiento de fenómenos que han estado ocurriendo desde hace miles de millones de años, pero que nosotros conocemos hace unos cuantos.

XI. La influencia de la astronomía sobre el desarrollo tecnológico.

La razón de ser de la astronomía es la búsqueda es la de un conocimiento, cada vez mejor, de cómo es el Universo. El valor cultural de esta búsqueda es muy grande. Es parte del instinto humano el acumular información sobre la naturaleza, y esta acumulación de conocimientos nos ha permitido aprovechar los recursos de nuestro medio ambiente.

La experiencia demuestra que los conocimientos científicos aparentemente más alejados de lo cotidiano pueden, después de un cierto tiempo, cambiar a fondo precisamente a lo cotidiano. Existen muchos ejemplos de esta influencia de la ciencia, en nuestro caso de la astronomía sobre el desarrollo tecnológico.

La civilización griega tuvo gran interés en hacer mapas del cielo, en catalogar a las constelaciones. Quizá comenzaron a hacerlo principalmente por curiosidad pero pronto quedó claro que el conocer el cielo era crucial para una actividad importantísima: la navegación.

Un buen navegante podía establecer la posición de su buque en el mar aun en condiciones de cielo parcialmente nublado. A través de los huecos entre las nubes buscaban alguna estrella, la cual reconocían por su color y brillo y a partir de su posición en el cielo podían estimar sus coordenadas. Aun en nuestros tiempos, una buena parte del comercio internacional se realiza por mar y hasta principios de nuestro siglo la navegación dependió del conocimiento del cielo.

La astronomía tiene requerimientos técnicos muy apremiantes. Requerimos de telescopios cada vez más grandes y también más precisos. La tecnología de alta calidad en áreas como la óptica, la mecánica y la electrónica, se ha desarrollado en buena parte gracias al acicate de la astronomía.

XII. Una experiencia personal

Muy frecuentemente ofrezco pláticas de divulgación sobre diversos temas astronómicos, dirigidas al público en general. Es una de nuestras obligaciones comunicar al publico qué ocurre con al astronomía nacional y en la internacional. Cuando en el público hay estudiantes, es común que al final de la conferencia me pregunten cómo podrían llegar a ser astrónomos.

¿Cómo se hace un astrónomo? Aparte de mucha dedicación y empeño, debe uno realizar una secuencia de estudios bastante prolongados. Restringiré mi exposición al caso de un astrónomo mexicano típico caso en el que quedo incluido. Relata en este capitulo como llego ha ser astrónomo.

XIII. Vida inteligente en el Universo

¿Estamos solos en el Universo? Desde muy remotos tiempos el ser humano se ha preguntado sobre la posibilidad de que exista vida inteligente en otros mundos. La mayor parte del tiempo, esta interrogante ha sido considerada en contextos filosóficos o religiosos. Sin embargo, el desarrollo reciente de la astronomía ha permitido comenzar a buscar una respuesta sobre bases científicas.

Tito Lucrecio Caro, un contemporáneo y compatriota de Julio Cesar, se refirió a la posibilidad de la existencia de otros mundos en su famoso poema De Rerum Natura (Sobre la naturaleza de las cosas).Lucrecio especulaba que:

En primer lugar, en todas partes alrededor de nosotros a los lados arriba y abajo no hay fin. Ya he mencionado esto antes, esta verdad se proclama a sí misma y la naturaleza del vasto espacio la hace evidente. Y puesto que el espacio infinito se extiende en todas direcciones y los átomos en un número y cantidad incalculables viajan en todas direcciones apurados por su movimiento eterno, de ninguna manera puede considerarse probable que sea esta la única Tierra creada y que todos esos átomos estén ahí sin hacer nada.

A través de los siglos ha continuado habiendo filósofos y pensadores que conjeturaron sobre la posibilidad de la existencia de vida extraterrestre. Paralelamente a estos ejercicios filosóficos, la ciencia comenzó a tratar de entender qué es la vida y si ésta podría darse en otros sitios del Universo.

En el caso de la Luna, puesto que es el cuerpo celeste más cercano a nosotros, nos podemos pronunciar de manera más definitiva. Sabemos no existe en la Luna suficiente agua o aire para ser detectados por nuestros experimentos más sensitivos. Es seguro que la atmósfera d la Luna si es que existe tiene una densidad menor a una milésima de la densidad de la atmósfera terrestre. Este vació es menor que el que una bomba de aire ordinaria puede producir.

Durante los años veintes de nuestro siglo aparecieron dos trabajos fundamentales que planteaban un esquema mediante el cual podría haberse originado la vida en la Tierra. Los autores de estos trabajos, que fueron hechos independientemente, fueron el bioquímico soviético Alexander Oparin y el biólogo ingles Jhon B.S. Haldane.

En esencia, el razonamiento presentado separadamente por Oparin y Haldane puede describirse como sigue. La atmósfera primitiva de la Tierra no era rica en oxigeno como lo es la actual. En particular no contenía ozono. Como la atmósfera primitiva de la Tierra no tenia ozono, la radiación ultravioleta del Sol, la cual es capaz de activar químicamente a la materia podía llegar hasta la superficie terrestre y con procesos químicos causados por esta radiación comenzar a formarse la replica de alguna moléculas y de algún modo de estas llegarían los primero organismos unicelulares.

Los científicos Stanley L Miller y Harold C. Urey sugieren que la aparición de la vida es un fenómeno natural que se da si hay las condiciones propicias. Otra indicación de que la vida es un proceso natural nos la da la composición química del Universo. Los seis elementos químicos más abundantes del Universo son el hidrógeno, el helio, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno el neón. El helio y el neón forman parte de los gases llamados nobles, o sea que se juntan entre sí o con otros elementos para formar moléculas.

Los restantes cuatro elementos son precisamente los más abundantes en la constitución del ser humano. O sea, que nuestra composición química, a grandes rasgos, refleja la composición del Universo.

Los científicos optimistas como Carl Sagan, acaban concluyendo que hay 106 (¡un millón!) De civilizaciones inteligentes en la Galaxia. Los pesimistas, como Sebastián von Honer, concluyen que hay sólo una ( nosotros). Basta tal estimación en una suposición que es relevante para la humanidad. Supone que sí se forman frecuentemente civilizaciones inteligentes, pero que éstas, con su desarrollo tecnológico acaban aniquilándose a sí mismas.

XIV. Existo, luego G = 6.67 x 10-8 cm3 s2 g-1

Pienso, luego existo. Esta famosa frase del filosofo francés Rene Descartes es conocida de todos y es uno de los fundamentos de la filosofía moderna. Algunos científicos contemporáneos piensan que uno podría ir más allá y que el hecho de que existimos nos permite explicar el valor de las constantes físicas fundamentales.

¿Qué es una constante física fundamental? Aun cuando la naturaleza es exuberantemente compleja, sabemos que puede ser descrita en términos de unas cuantas leyes relativamente simples.

Tomemos uno de los ejemplos más importantes: la ley de la gravitación universal, descubierta por Isaac Newton en el siglo XVII.

Esta ley nos dice que si tenemos dos cuerpos con masas M y m, respectivamente, separados por una distancia d, ellos se atraerán con una fuerza F dada por

Mm

F = G ------

d2

Donde G es la constante gravitacional. La ley puede enunciarse también como la aprendimos en la escuela; “dos cuerpos se atraen mutuamente con fuerza que es directamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

¿Por qué entonces la Luna no había ya chocado con la tierra, sino que permanece dando vueltas alrededor de ella? Newton concluyo que la fuerza de atracción gravitacional sí estaba jalando a la Luna, pero como esta estaba en movimiento, actuaba sobre ella otra fuerza, la fuerza centrífuga, que balanceaba a la fuerza de atracción gravitacional y permitía a la Luna permanecer en su órbita aproximadamente circular. La fuerza centrífuga aparece cuando un cuerpo está en movimiento curvo.

Habíamos discutido que nuestro Universo se encuentra en expansión. Sin embargo, las galaxias se atraen entre sí por la fuerza gravitacional y esta atracción colectiva tiende a disminuir, con el paso del tiempo, la expansión. ¿Qué sucedería si G fuese mucho mayor de lo que es, el Universo hubiese detenido su expansión poco después de la Gran Explosión y se hubiera vuelto a contraer volviendo a hacerse sumamente denso y caliente. O sea que nuestra existencia depende del valor de G.

Sabemos que los posibles efectos de una variación en G serian cruciales no tanto en la actualidad sino en los momentos que siguieran a la Gran Explosión. Se pude demostrar que la Gran Explosión ocurrió con energía que esta exquisitamente balanceada con el valor de G. Un pequeño cambió en G, ya sea para arriba o para abajo hubiera hecho evolucionar al Universo de una manera muy distinta, de modo que muy probablemente nosotros no existiríamos.

La única proposición (fuera, por supuesto, de las religiosas) de explicar estas coincidencias es el llamado principio antrópico. Brandon Carter, uno de los científicos que más ha tratado de impulsar este principio hace notar que la existencia de un observador ( o sea nosotros) es sólo posible bajo ciertas combinaciones restringidas de las constantes físicas fundamentales.

De cualquier manera, es muy notable que la ciencia haya permitido determinar que la física de nuestro Universo es tal que resulta propicia para la vida, al menos como la conocemos y aceptamos nosotros. Sin embargo, las razones(si es que las hay) de estas coincidencias aún no se comprenden.

XV. Algunos descubrimientos recientes

La astronomía no se ha quedado estacionaria en su acervo de conocimientos. Todo lo contrario, año con año, se hacen nuevos descubrimientos que amplían nuestra concepción del Universo. En este capítulo describiremos someramente algunos de los resultados recientes de mayor relevancia.

1) Los hoyos negro sí tienen emisiones

Uno de los conceptos teóricos más importantes de nuestro tiempo es el de los hoyos negros. La teoría de la relatividad general predice que si compactamos la masa de un objeto más y más, con el tiempo alcanzaremos un radio para el cual la atracción gravitacional en la superficie del objeto es tan grande que ni aun la luz podría escapar de ellos. Para un objeto con la masa de la Tierra este radio critico (llamado radio de Schwarzchild) es de solo 0.9cm.

También se cree que el centro de nuestra Galaxia alberga un hoyo negro supermasivo, con millones de veces la masa del Sol. Esto se ha deducido a partir de las grandes velocidades de rotación de las nubes gaseosas que existen a su alrededor.

2) Expansiones súper lumínicas en los núcleos de los cuásares

Como sabe todo físico, la velocidad de la luz (300 000 kilómetros por segundo) no puede ser alcanzada, mucho menos excedida, por los cuerpos del mundo real. A principios de la década de los setentas, varios grupos de radioastrónomos comenzaron a estudiar los núcleos de los misteriosos cuásares usando las poderosas técnicas de la interferometría de base muy larga.

Un resultado muy importante se obtuvo al realizar mapas de un mismo cuasar en distintas épocas y compararlos luego. Los cuásares tienen erupciones en las que su brillo aumenta considerable mente. Se encontró que estas erupciones van acompañadas de la eyección de dos o más nubes de plasma que se expanden respecto al centro del cuasar.

3) Moléculas complejas en el espacio interestelar

Los vastos espacios que existen entre las estrellas no se encuentran totalmente vacíos sino que los llena un tenue gas interestelar. Este gas se halla a su vez permeado por energéticas radiaciones ultravioletas capaces de destruir los lazos químicos de las moléculas. Se creía pues que sólo los resistentes átomos podrían subsistir en un medio tan inhóspito. Sin embargo, se presenciaron complejas y delicadas moléculas en las llamadas nubes moleculares.

4) Vulcanismo activo en Io

Nuestro conocimiento de los planetas y satélites que forman el sistema planetario del Sol se ha visto grandemente acrecentado con los datos proporcionados por las sondas espaciales enviadas por los Estados Unidos y la Unión Soviética. Particularmente impactante fue el descubrimiento hecho en Marzo d 1979 por el vehículo espacial Viajero I de la existencia de volcanes activos en Io, uno de los satélites d Júpiter. Cuatro meses después un segundo vehículo, Viajero II estudio este fenómeno en mas detalle. De los catorce satélites que se le conocen a Júpiter probablemente sea Io el de características más peculiares. Hace quince años se descubrió que la emisiones a longitudes decamétricas de radio que Júpiter emite esporádicamente ocurrían, en general, cuando Io se encontraba formando un ángulo recto respecto a la línea Tierra Júpiter.

5) ¿Se formó nuestro sistema Solar debido a l explosión de un supernova?

Se cree cuando se formo nuestro Universo hace 15 millones de años, casi toda la materia se hallaba en la forma de los elementos hidrógeno y helio. Así, cuando se formaron las Galaxias y en ellas las primeras estrellas, no había condiciones para la aparición dela vida porque esta requiere de muchos otros elementos químicos como carbón, nitrógeno, oxígeno, etc.

Recientemente, análisis químicos del meteorito allende sugieren que esta relación entre supernovas y sistemas solares es mucho más estrecha de lo creído. El famoso meteorito Allende es llamado así porque cayo en 1969 ceca del pueblito de Allende, Chihuahua. En el se ha detectado un exceso del isótopo magnesio-26 que sólo se puede explicar proponiendo que cuando se solidifico tenia aluminio-26 entre sus componentes.

6) Flujos bipolares en regiones de formación estelar

En 1980 dos grupos de radioastrónomos detectaron, durante sus estudios de regiones de formación estelar, un nuevo tipo de fenómeno inesperado. Uno de los grupos estaba encabezado por Ronald Snell de la Universidad de Texas y el otro por mí, que ya entonces laboraba para el Instituto de astronomía de la UNAM. El fenómeno consiste en lo siguiente. Alrededor de las estrellas jóvenes se detectaron dos nubes de gas que se alejan de la estrella en forma antiparalela. A este fenómeno se le bautizo, por su geometría, como un flujo bipolar. En la actualidad se conocen unos 50 casos de flujos bipolares.

7) La estructura del Universo

Uno de los postulados fundamentales de la astronomía es que el Universo es homogéneo. Por esto, entendemos que si tomamos un volumen de espacio lo suficientemente grande, vemos más o menos lo mismo independiente mente de donde estemos colocados. En el Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard y del Instituto Smithsoniano se ha trabajado intensivamente para determinar cómo están distribuidas en el espacio las Galaxias. Para esto, primero se determina la posición de la galaxia en el cielo, o sea en dos dimensiones. Luego se mide la velocidad de alejamiento de la galaxia en cuestión y, usando la ley de Hubble, se determinan la distancia a la galaxia, o sea su tercera dimensión. Con estos datos es posible construir una maqueta tridimensional de Universo.

XVI. Tres enigmas de la astronomía contemporánea

No queremos terminar dejando al lector con la impresión de que el conocimiento astronómico actual es como un edificio terminado. La ciencia en general, y la astronomía en lo particular, son (o al omenos parecen ser) una búsqueda interminable. Cada nuevo descubrimiento produce nuevas preguntas y problemas. Esto no quiere decir que vayamos hacia atrás, porque cada vez el conocimiento acumulado es mayor, sino que la diversidad de la naturaleza es muy grande.

Asi la astronomia ha enfrentado enigmas en todos los tiempos. Hace cientos de años los astrónomos debatian si el Sol giraba alrededor de la tierra o la Tierra alrededor del Sol.

1)¿Cómo se forman las estrellas?

El dogma central de la formación estelar es que la estrellas se forman mediante la contracción gravitacional de nubes que existen en el medio interestelar. Existen muchas evidencis indirectas que favorecen este punto de vista. Por ejemplo, las estrellas jóvenes estan siempre embebidas o muy cerca de las nubes interestelares. Sin embargo, la demostración definitiva de que la contracción gravitacional es el mecanismo que forma a las estrellas sería el observar a un fragmento de nube contrayéndose. Aun cuando se han realizado muchos experimentos encaminados a detectar esta etapa, todos han sido infructuosos. Siempre se observa expansión y no contracción en los alrededores de las estrellas jóvenes.

2) ¿Cuál es la fuente de energía de los núcleos de las galaxias activas y los cuasares?

Así como a principios de nuestro siglo los astrónomos no podían explicar cómo se las arreglaban las estrellas para producir tanta energía, ahora enfrentamos un problema similar pero de mucha mayor magnitud. Los núcleos de algunas galaxias (llamadas activas) y los cuasares generan potencias extraordinarias, llegandoen ciertos casos a billones de veces las que genera el Sol.

3) ¿Por qué existe materia en el Universo?

La mayoria de los astrónomos está de acuerdo en que el U niverso tuvo su origen en la Gran Explosión . Cuando el Universo era extremadamente joven y caliente debió, por argumentos d simetría, de haber igual cantidad de particulas y antipartículas s hubieran aniquilado mutuamente y ahora solo habría radiación y nada de materia( ode antimateria).

La aportación mexicana a la astronomía

Durante el desarrollo de este libro he procurado mencionar el menor número posible de nombres . Es bien sabido que las aportaciones científicas resultan del esfuerzo de muchas personas pero que las circunstancias hacen que prezca producto de una sola mente.

La mayor parte de las constelaciones sólo son visibles en ciertas epocas del año. Por ejemplo, la de orion puede verse durante el invierno y la de escarpion durante el verano. Reconocer a estas constelaciones en el cielo nos permite ubicarnos aunque de manera poco poco refinada, en el tiempo.

También el sol sale y se pone en diferntes puntos del horizonte de acuerdo con la epoca del año. El Sol alcanza su máxima posición sureña el 22 de Diciembre, en el invierno y en el solsticio de verano. El 21 de Marzo y el 23 de Septiembre el Sol sale exactamente al este fecha de los equinocciosde primavera y verano respectivamente.

Una manera