Es viejo el Universo? ¿Cómo puede ser tan grande? : Blog de Emilio Silvera V.

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Como cada día desde hace ya algún tiempo, aquí dejamos un retazo sobre el saber del mundo, del Universo y del estudio de los cuerpos celestes y sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos y, sin duda, es la ciencia más antigua que nuestra especie conoce. También venimos hablando de Física, esa disciplina que nos hace ver el mundo tal como es. Por otra parte, también hablamos, maravillados, de la capacidad de nuestras mentes, la máquina más compleja que se conoce y que, para nuestro propio asombro, es capaz de generar pensamientos, rememorar el pasado e imaginar el futuro que llegará.

Conocemos la Vida que representamos y la que nos acompaña en el planeta, y, según todos los indicios de probabilidades que podemos conocer… ¡Lo más probable es que existan mundos llenos de vida!

La vida, también ha ocupado una buena parte de nuestro tiempo en este lugar y hemos hablado de ella, de la que está presente en nuestro planeta y, de la posible “vida extraterrestre”, posibilidad enorme en este universo nuestro, y, con esas y otras cuestiones de interés, hemos hecho camino juntos, en armonía y siempre tratando de conseguir ese saber que es el sustento de nuestra enorme curiosidad. Claro que, la Física, esa disciplina que nos dice como funciona la Naturaleza, ocupó una gran parte del recorrido.

Estamos empeñado en acercar el Universo a todos, y, aquí, al menos lo procuramos. “El Universo para que lo conozcas”. Aquella fue la frase emblemática del Año Internacional de la Astronomía celebrado en 2009. Hemos logrado (al menos así lo creo) que muchos hayan adquirido nuevos conocimientos a través de este lugar (también nosotros lo hemos adquirido de ellos), y, siendo así (que lo es), el esfuerzo ha valido la pena. Veamos ahora, otro pasaje del saber del mundo.

Como dijo Kart R. Popper, filósofo británico de origen austriaco (Viena, 1902 – Croydon, 1.994) que realizó sus mas importantes trabajos en el ámbito de la metodología de la ciencia:

“cuanto más profundizo en el saber de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mis conocimientos son finitos pero, mi ignorancia, es infinita“.

Está claro que la mayoría de las veces, no hacemos la pregunta adecuada porque nos falta conocimiento para realizarla. Así, cuando se hacen nuevos descubrimientos nos dan la posibilidad de hacer nuevas preguntas, ya que en la ciencia, generalmente, cuando se abre una puerta nos lleva a una gran sala en la que encontramos otras puertas cerradas y tenemos la obligación de buscar las llaves que nos permitan abrirlas para continuar. Esas puertas cerradas esconden las cosas que no sabemos y las llaves que las pueden abrir son retazos de conocimientos que nos permiten entrar para descorrer la velo que oculta los secretos de la Naturaleza, de la que en definitiva, formamos parte.

Aunque parezca extraño, todos los seres vivos de la Tierra, estamos hechos de la misma cosa y basados en el mismo elemento. De alguna manera, estamos emparentado con todos los seres vivos. Nosotros tuvimos la suerte de poder generar pensamientos. Tenemos que pensar que las moléculas de la vida, están presentes en cualquier Nebulosa del Espacio Interestelar.

¡Cuánto hay ahí, en esa bella Imagen de arriba! En espesas nubes moleculares en la que se concentran vórtices obligadas por fuertes vientos estelares, radiación y la Gravedad! Nacen nuevas estrellas y nuevos mundos. Ahí se transforman los materiales sencillos como el Hidrógeno en otros más complejos y, la radiación de las jóvenes estrellas nuevas masivas, tiñen de rojo el gas y el polvo del lugar, mientras ellas, presumidas, se exhiben rodeadas de ese azul suave que las distingue de aquellas otras más antiguas, que tiñen de amarillo y rojo toda la región.

¿Qué sería de la cosmología actual sin ? Es la ecuación de Einstein donde es el tensor energía-momento que mide el contenido de materia-energía, mientras que es el Tensor de curvatura de Riemann contraído que nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio.

También esa ecuación nos habló de la existencia de Agujeros negros, esos objetos de densidad “infinita” en los que dejan de existir el espacio y el tiempo. La singularidad es el punto matemático en el que ciertas cantidades físicas alcanzan valores infinitos. Así nos lo dice la relatividad general: la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita en un agujero negro.

La cosmología estaría 100 años atrás sin esta ecuación. Sin embargo ahora, después del siglo que se cumplirá en el año 2.015, se van necesitando nuevas ideas y más frescas que vayan, un poco más allá, en el conocimiento del Universo que aún esconde muchos secretos que no hemos podido desvelar.

                                                   

El proyecto Andes involucra a científicos de Argentina, Brasil, Chile y México que han recibido el apoyo de colegas estadounidenses y europeos en pos de la cooperación en el estudio de la “materia oscura”, los neutrinos y otras partículas subatómicas, explicó hoy a Efe su coordinador, el físico franco-argentino Xavier Bertou.” Iniciativas así son alentadoras pero…

El día que sepamos (a ciencia cierta) lo que es la luz… ¡Habrá desaparecido gran parte de nuestra ignorancia! Tampoco sabemos muy bien (en lo más profundo) qué es el agua, o el vacío…

Einstein, con sus dos versiones de la relatividad que nos descubrió un universo donde la velocidad estaba limitada a la de la luz, donde la energía estaba escondida, quieta y callada, en forma de masa, y donde el espacio y el tiempo se curva y distorsiona cuando están presentes grandes objetos estelares, nos descubrió un Universo nuevo, un mundo fantástico de posibilidades ilimitadas en el que podían ocurrir maravillas como, por ejemplo, conseguir que el tiempo transcurriera más lentamente y dónde reside la fuente de la energía.

       La imaginación humana está creando todo un planeta nuevo. Sin embargo, a veces… se pasó.

No siempre hemos sabido utilizar de manera adecuada los conocimientos que las inteligencias nos han cedido, y, como en el caso que se refleja en la segunda Imagen de arriba, hemos utilizado la ecuación E = mc² para hacernos daño a nosotros mismos. ¿Aprenderemos alguna vez? El Camino está en la Naturaleza y en los Laboratorios, en las nuevas tecnologías, en la observación del Universo y, sobre todo…¡En nuestras Mentes! si son utilizadas de manera racional.

Desde épocas ancestrales, nuestra especie siempre miró hacía el cielo con temor, ¿Qué eran aquellos puntitos brillantes? ¿Qué mantenía iluminado al Sol durante el día y por qué se marchaba por las noches ¿Se convertía en la Luna acaso? ¿Qué lo sujetaba? La fascinación por los astros del cielo ha sido una constante en nuestras vidas que nos llevó, llegado el momento, a estudiar sus movimientos y secretos: La Astronomía.

            Comienzas siendo una cosa y finalizan sus vidas siendo otra

En lo concerniente a cambios y transformaciones, el que más me ha llamado siempre la atención es el de las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo que son creadas en las explosiones supernovas a la muerte de estrellas masivas. Sus moléculas, obligadas por la fuerza de gravedad, cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados.

La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el combustible nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, nitrógeno…, con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

Una estrella, como todo en el universo, está sostenida por el equilibrio de dos fuerzas contrapuestas; en este caso, la fuerza que tiende a expandir la estrella (la energía termonuclear de la fusión) y la fuerza que tiende a contraerla (la fuerza gravitatoria de su propia masa). Cuando finalmente el proceso se detiene por agotamiento del combustible de fusión, la estrella pierde la fuerza de expansión y queda a merced de la fuerza de gravedad; se hunde bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, y en el caso de estrellas súper masivas, se convierten en una singularidad, una masa que se ha comprimido a tal extremo que acaba poseyendo una fuerza de gravedad de una magnitud difícil de imaginar para el común de los mortales.

                                 Agujeros negros super-masivos y binarios

Para hacernos una idea y entender algo mejor la fuerza de gravedad que puede generar la singularidad de un agujero negro (que es el destino final las estrellas súper masivas), simplemente pensemos que para escapar del Planeta Tierra, los cohetes que lanzamos hacia la ISS o el Hubble, alcanzan una velocidad de 11 km/s, es decir, la velocidad de escape de la Gravedad que la Tierra genera. Sin embargo, escapar de un agujero negro, ni la luz, que se mueve a 299.792.458 metros por segundo (300.000 Km/s), es capaz escapar a su atracción.

               Nada escapa de una singularidad. El objeto que sobrepase el horizonte de sucesos…

Habrá hecho el viaje sin retorno, nada puede escapar de las garras de la Gravedad del agujero negro

A nosotros nos puede parecer enorme, es el planeta que acoge a toda la Humanidad. Sin embargo, en el contexto del Universo y comparada con otros objetos cosmológicos, es menos que una mota de polvo y, si pensamos en ello, quizás (sólo quizás), podamos llegar a la conclusión de que debemos cambiar y mirar las cosas desde otras perspectivas, al fin y al cabo no somos tan importantes como algunas veces podemos creer.

             Es nuestro mayor tesoro. Hija, esposa, madre… ¿Qué haríamos sin ellas?

¿Te has acordado hoy de decirle cuanto la quieres? Y, sobre todo… ¡De demostrarlo!

La Tierra, un objeto minúsculo en comparación con esos objetos súper masivos estelares, genera una fuerza de gravedad que, para escapar de ella, una nave o cohete espacial tiene que salir disparado desde la superficie terrestre a una velocidad de 11’18 km/s; el sol exige 617’3 km/s. Es lo que se conoce como velocidad de escape, que es la velocidad mínima requerida para escapar de un campo gravitacional que, lógicamente, aumenta en función de la masa del objeto que la produce. El objeto que escapa puede ser una cosa cualquiera, desde una molécula de gas a una nave espacial.

La velocidad de escape de un cuerpo está dada por , donde G es la constante gravitacional, M es la masa del cuerpo y R es la distancia del objeto que escapa del centro del cuerpo. Un objeto que se mueva con una velocidad menor que la de escape entra en una órbita elíptica; si se mueve a una velocidad exactamente igual a la de escape, sigue una órbita parabólica, y si el objeto supera la velocidad de escape, se mueve en una trayectoria hiperbólica y rompe la atadura en que la mantenía sujeto al planeta, la estrella o el objeto que emite la fuerza gravitatoria.

Podéis imaginar lo que sería del sistema solar que presidía y al que daba vida esta estrella. ¿Qué verían desde los mundos habitados que lo orbitaran?

 

 

La mayor velocidad que es posible alcanzar en nuestro universo es la de la luz, c, velocidad que alcanza en el vacío y que es de 299.793’458 km/s. Muchas veces se ha intentado contradecir este postulado de Einstein en su relatividad especial (hace poco con los neutrinos), sin embargo, nunca se consiguió, la teoría del maestre sigue firme e inamovible en sus dos versiones.

La NASA caza un agujero negro tirando material caliente al espacio casi a la velocidad de la luz

Pues bien, es tal la fuerza de gravedad de un agujero negro que ni la luz puede escapar de allí; la singularidad la absorbe, la luz desaparece en su interior, de ahí su nombre, agujero negro, cuando la estrella supermasiva se contrae, llega a un punto que desaparece de nuestra vista. De acuerdo con la relatividad general, cabe la posibilidad de que una masa se comprima y reduzca sin límites su tamaño y se auto confine en un espacio infinitamente pequeño que encierre una densidad y una energía infinitos. Allí, el espacio y el tiempo dejan de existir.

Las singularidades ocurren en el Big Bang, en los agujeros negros y, si finalmente se produjera, en el Big Crunch (que se podría considerar como una reunión de todos los agujeros negros generados por el paso del tiempo en el universo y que nos llevará a un fin que sería el nuevo comienzo).

Las singularidades de los agujeros negros están rodeados por una circunferencia invisible a su alrededor que marca el límite de su influencia. El objeto que traspasa ese límite es atraído, irremisiblemente, hacia la singularidad que lo engulle, sea una estrella, una nube de gas o cualquier otro objeto cósmico que ose traspasar la línea que se conoce como horizonte de sucesos del agujero negro.

           Schwarzschild

La existencia de los agujeros negros fue deducida por Schwarzschild, en el año 1.916, a partir de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general. Este astrónomo alemán predijo su existencia, pero el nombre de agujero negro se debe a Jhon Wheeler. Así, el conocimiento de la singularidad está dado por la ecuación de Einstein que al principio reseñamos, y más tarde, por la observación de las señales que la presencia del agujero generan. Es una fuente emisora de rayos X que se producen al engullir materia que traspasa el horizonte de sucesos y es atrapada hacia la singularidad, donde desaparece para siempre sumándose a la masa del agujero cada vez mayor.

Esta serie de ilustraciones muestra una estrella amarilla que se acerca demasiado a un agujero negro gigante en el centro de la galaxia RX J1242-11. Al acercarse al agujero negro, es estirada y destrozada por la marea gravitacional. Aunque una pequeña parte del material es atrapada por el agujero negro y forma un disco en torno suyo, la mayor parte de los desechos gaseosos escapan del agujero negro. En el disco, el gas se calienta a millones de grados antes de caer en el agujero negro, por lo que produce rayos X. [ESA]

En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, ha sido detectado un enorme agujero negro, ya muy famoso, llamado Cygnus X-1. Después de todo, la velocidad de la luz, la máxima que podemos alcanzar en nuestro universo, no puede vencer la fuerza de gravedad del agujero negro que la tiene confinada para siempre. En nuestra galaxia, con cien mil años luz de diámetro y unos doscientos mil millones de estrellas, ¿Cuántos agujeros negros habrá?

No todas las cosas del Universo (aunque hablemos de ellas), son totalmente comprendidas por nosotros, los humanos que, tenemos conformadas nuestras mentes en un mundo de tres dimensiones y, en realidad, en comparación con la inmensidad del Cosmos, no dejamos de ser una pequeña conformación compuesta por una sola estrella corriente, nada especial, de las que existen miles de millones en nuestra propia Galaxia. Nunca podremos hacernos una idea exacta de esas inmensas distancias, de esos inmensos objetos y, de esas inconmensurables maravillas que en el Universo están presentes.

Para mí, la cosa está clara: el tiempo inexorable en su transcurrir es imparable, el tic tac del reloj cósmico sigue y sigue andando al ritmo que el universo le ha marcado, sin que nada lo pueda parar, miles o cientos de miles, millones y millones de estrellas súper masivas explotarán en brillantes supernovas para convertirse en temibles agujeros negros, y, nosotros, testigos por un “corto espacio de tiempo” de tales maravillas, sufrimos porque sabemos que, posiblemente, nuestros conocimientos adquiridos irán a parar a otros que, aunque construidos por nuestra especie, ya no serán humanos.

¡No! Ninguna mano mueve los hilos. Simplemente se trata de la dinámica que nos impone el Universo. Todo marcha a su ritmo, nada permanece y todo se destruye para que todo siga igual. Los ciclos de destrucción y construcción son continuos, de ellos surgen las galaxias y sus miríadas de estrellas, los mundos y en ellos la vida.

Agujeros negros binarios ¿Imagináis lo que sería estar cerca?

Llegará un momento que el número de agujeros negros en las galaxias será de tal magnitud que comenzarán a fusionarse unos con otros hasta que todo el universo se convierta en un inmenso agujero negro, una enorme singularidad, lo único que allí estará presente: la gravedad. Claro que también, en función de la Densidad Crítica que realmente tenga el Universo (el Omega Negro, o, la cantidad de materia que contenga), se podría expandir para siempre, las galaxias se alejarán las unas de las otras y el frío, se hará dueño de todo, la muerte térmica llegará con el cero absoluto, es decir, -273 ºC, allí, ni los átomos se podrían mover y, menos la vida.

Esa fuerza de la naturaleza que ahora está sola, no se puede juntar con las otras fuerzas que, como se ha dicho, tienen sus dominios en la mecánica cuántica, mientras que la gravitación residen en la inmensidad del cosmos; las unas ejercen su dominio en los confines microscópicos del átomo, mientras que la otra sólo aparece de manera significativa en presencia de grandes masas estelares. Allí, a su alrededor, se aposenta curvando el espacio y distorsionando el tiempo.

El tejido espacio-temporal se distorsiona y el Universo será… Lo que disponga la materia y su densidad.

La otra posibilidad es reunión final de agujeros negros será la causa de que la Densidad Crítica sea superior a la ideal. La gravedad generada por el inmenso agujero negro que se irá formando en cada galaxia tendrá la consecuencia de parar la expansión actual del universo. Todas las galaxias que ahora están separándose las unas de las otras se irán frenando hasta parar y, despacio al principio pero más rápido después, comenzarán a recorrer el camino hacia atrás. Finalmente, toda la materia será encontrada en un punto común donde chocará violentamente formando una enorme bola de fuego.

  Antes de que eso llegue, tendremos que resolver el primer problema: la muerte del Sol.

El Sol, gigante roja, nebulosa planetaria y estrella enana blanca que finaliza su vida como cadáver estelar

Los científicos se han preguntado a veces qué sucederá eventualmente a los átomos de nuestros cuerpos mucho tiempo después de que hayamos muerto. La posibilidad más probable es que nuestras moléculas vuelvan al Sol. En páginas anteriores he explicado el destino del Sol: se agotará su combustible de hidrógeno y fusionará helio; se hinchará en gigante roja y su órbita es probable que sobrepase la Tierra y la calcine; las moléculas que hoy constituyen nuestros cuerpos serán consumidas por la atmósfera solar.

Carl Sagan pinta el cuadro siguiente:

El Sol como gigante roja, engullirá a Mercurio y a Venus y rosará la Tierra donde los océanos se evaporarán y la vida, tal como la conocemos, habrá desaparecido. Antes de que es llegue estamos obligados a buscar otra “casa·.

“Dentro de miles de millones de años a partir de ahora, habrá un último día perfecto en la Tierra… Las capas de hielo Ártica y Antártica se fundirán, inundando las costas del mundo. Las altas temperaturas oceánicas liberarán más vapor de agua al aire, incrementando la nubosidad y escondiendo a la Tierra de la luz solar retrasando el final. Pero la evolución solar es inexorable. Finalmente los océanos hervirán, la atmósfera se evaporará en el espacio y nuestro planeta será destruido por una catástrofe de proporciones que ni podemos imaginar.”

En una escala de tiempo de varios miles de millones de años, debemos enfrentarnos al hecho de que la Vía Láctea, en la que vivimos, morirá. Más exactamente, vivimos en el brazo espiral Orión de la Vía Láctea. Cuando miramos al cielo nocturno y nos sentimos reducidos, empequeñecidos por la inmensidad de las luces celestes que puntúan en el cielo, estamos mirando realmente una minúscula porción de las estrellas localizadas en el brazo de Orión. El resto de los 200 mil millones de estrellas de la Vía Láctea están tan lejanas que apenas pueden ser vistas como una cinta lechosa que cruza el cielo nocturno.

           Para entonces no deberíamos estar aquí

Aproximadamente a dos millones de años luz de la Vía Láctea está nuestra galaxia vecina más cercana, la gran galaxia Andrómeda, dos o tres veces mayor que nuestra galaxia. Las dos galaxias se están aproximando a 125 km/s, y chocarán en un periodo de 5 a 10.000 millones de años. Como ha dicho el astrónomo Lars Hernquist de la Universidad de California en Santa Cruz, esta colisión será “parecida a un asalto. Nuestra galaxia será literalmente consumida y destruida“. Pero esa, es otra historia.

Emilio Silvera Vázquez

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