El universo observable tiene un diámetro de aproximadamente 93.000 millones de años luz. Sin embargo, el tamaño total del universo es desconocido y podría ser mucho más grande… ¿incluso infinito?

En el pasado el planeta Marte fue un mundo habitable

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La Gran Nebulosa de Orión, también conocida como M42, es una región de formación de estrellas, de nuevos sistemas planetarios, de elementos que son esenciales para la vida, está ubicada a 1.350 años luz de la Tierra, en la Constelación de Orión.  Es la nebulosa difusa más cercana a nosotros y se puede ver a simple vista como un punto brillante en la «espada» de Orión. Es famosa por ser una “guardería estelar” porque alberga miles de estrellas jóvenes y protoestrellas en diversas etapas de desarrollo. Su extensión es de 24 años luz.

En lugares como este, los astrofísicos encuentran un lugar ideal para estudiar sus componentes como si de un Laboratorio natural se tratara. Moléculas de diversos pelajes y elementos aquí presentes que sorprenden en no pocas ocasiones al ver que, en este medio inhóspito de radiación y viento estelares, pueden surgir los ingredientes necesarios para la vida. Los astrónomos tienen localizadas una buena variedad de Nubes Moleculares Gigantes. Son Nubes masivas de gas y polvo interestelar compuesto fundamentalmente por moléculas. Su diámetro típico es de más de 100 años-luz y las masas varian entre unos pocos cientos de miles hasta diez millones de masas solares.

       Las primeras estrellas se formaron después de cientos de millones de años a partir del Big Bang

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos. Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras evolucionar a partir de la “materia inerte”,  apareciéramos nosotros.

Todo en el Universo tiene un principio y un final y, el mismo universo tuvo que nacer y evolucionar para que hoy podamos contemplar, mediante nuestros sofisticados telescopios, un universo en expansión lleno de galaxias que contienen estrellas nuevas y viejas estrellas, muchas de ellas rodeadas de mundos que, aún no hemos podido determinar de qué criaturas estarán poblados muchos de ellos.

Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las otras (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias y si el Big Bang, el modelo de universo que hemos adoptado, es cierto. Es decir, si fue realmente lo que ocurrió aquí para que naciera nuestro universo, o, por el contrario, este pudo surgir de una fluctuación de vacío que rasgo el espacio-tiempo en otro universo. Pero, sigamos con la historia.

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la materia como si no existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de una partícula fantasma – propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958) a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

Decaimiento β^– de un núcleo. Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón que a la vez que emite un electrón  (β^–) y un antineutrino electrónico. Es un proceso mediante el cual un nucleido o núcleo inestable  emite una partícula beta (un electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico.  Esta desintegración viola la paridad.

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

   Sólo una sustancia cósmica lo invadía todo antes de que formara la materia

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-⁶ (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de anti-quarks existen mil millones y un quark. La asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-antiquark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10^-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran de bosones w y z.

Estas partículas –las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil– son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10^-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interacioban, producían calor y formaron las primeras estrellas.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cunado la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10^-43de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Planck, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos.

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parece que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven a las mil maravillas.

A partir del momento en que se formaron los primeros átomos, estos se unieron para formar moléculas y cuerpos. Pasados cientos de miles de años, millones y millones que el Universo necesitó para forjarse como un un Sistema cerrado coherente, lleno de materia situada en grandes espacios vacíos, donde las cuatro fuerzas fundamentales lo regían todo. Desde entonces, el universo se pobló de fantásticas configuraciones surgidas de la energía devastadoras de las primeras supernovas y colisiones de agujeros negros y un sin fin de fenómenos que ahora podemos observar con los grandes telescopios.

              Galaxias que atraídas por la fuerza de gravedad se fusionan

Bellas Nebulosas que son el resultado de grandes explosiones de estrellas moribundas que lanzan sus materiales al espacio interestelar.

       Formaciones en cúmulos de estrellas que producen  el asombro de los Astrónomos

Monstruos cósmicos que, en forma de agujeros negros, engullen a las estrellas vecinas para hacerse más y más grande.

     Miles y millones de galaxias que se reparten por todas las regiones del Universo “infinito”

Y pasado más de 13.000 millones de años, en un planeta rocoso de escasa importancia en el contexto del universo inmenso, aparecimos nosotros, unas criaturas egoístas e instintivas que, caminamos por el planeta durante milenios forjando Civilizaciones, inventando la escritura y las matemáticas, logrando forjar un saber aceptable sobre la Astronomía que nos cuenta, lo que pudo pasar desde el comienzo del Tiempo.

Se han hecho simulaciones informáticas de cómo evolucionó el Universo pero, nunca se ha podido escenificar como nació el Tiempo. ¿Qué será en realidad el Tiempo? No lo podemos ver ni tocar, no es materia, su interacción con todas las cosas y con los seres vivos está intermediada por la Entropía, de manera directa no trata con nada ni con nadie… ¿Qué podrá ser?

Sí, es cierto que, si somos sinceros, hay que reconocer que andamos un poco perdidos y que las preguntas, son infinitamente más que las pocas respuestas que podemos dar. Nuestra ignorancia es grande pero, nuestra imaginación es mayor y, poco a poco, ésta última le está ganando la batalla a la primera, ese peso que la Humanidad lleva sobre sus hombros desde la noche de los tiempos.

Está claro que, si el origen del universo es realmente el Big Bang o una fluctuación del vacío, allí tuvo que nacer el Tiempo y también la Entropía, ambos caminan juntos para que tengamos muy claro que esa regla del universo es certera e innegable:

¡Todo tiene un principio y un final, la Eternidad no existe y, el paso del Tiempo, lo cambia todo!

Ya lo decía aquel gran pensador: “Con el paso de los eones, hasta la muerte morirá”.

Emilio Silvera Vázquez

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Las supernovas forman materiales complejos que incluyen elementos pesados como el hierro, el oro y el uranio, así como moléculas como fullerenos. Estos elementos y compuestos son producidos en el núcleo de la estrella antes de la explosión y durante la violenta onda de choque, respectivamente, enriqueciendo el espacio interestelar con “polvo de estrellas” que es esencial para la formación de planetas, estrellas y vida. 

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Como nacen, viven y mueren las estrellas (Todas las cosas son). En el Universo todo, con el paso del Tiempo, evoluciona y muere, Es la Ley que impone el Universo a todo lo que contiene que tiene un principio y un final, y, el Tiempo que a cada cosa o Ser ha adjudicado el Universo, es el adecuado a su condición y cometido.  Las estrellas viven miles de millones de años, nosotros (por el momento), 80 años de media, perpetuando la especie de manera que, los descendientes sigan el trabajo emprendido para poder llegar a las estrellas, nuestro origen y nuestro destino final.

No pocas veces hemos explicado aquí lo que son las estrellas, como se forman y como evolucionan y finalmente mueren para convertirse en otros objetos estelares distintos de lo que en “vida” fueron, y, como, dependiendo de sus masas, se quedan en el Espacio Interestelar en forma de estrellas enanas blancas, de neutrones o agujeros negros.

Estrellas como el Sol finalizan sus vidas como Nebulosas planetarias y enanas blancas

A partir de las ocho masas solares, la estrella finaliza como estrella de neutrones

Astrónomos de la NASA han visto cómo una estrella masiva y moribunda desaparece y, probablemente, ha renacido como un agujero negro. De un tamaño 25 veces más grande que el Sol, debería haber explotado como supernova, pero fracasó.

También se habló de las Galaxias y sus clases o tipos, de las radiogalaxias y de los cuásares, además de otras cuestiones de interés que, en todo momento, he tratado de explicar de manera muy sencilla con el objeto de que su comprensión sea fácil para las personas no versadas en Astronomía.

Ni haciendo un esfuerzo por imaginar, podremos situar en la Mente, una estrella supermasiva de dimensiones asombrosas. Las medidas del Universo no son humanas

Desde la Protoestrella siguen su curso hasta la secuencia principal y, allí, consumen elementos cada vez más pesado hasta que al llegar al Hierro, reaccionan sugén su masa y se convierten en Gigantes rojas primero y en enanas blancas después (en estrellas poco masivas como el Sol), y, si sus masas son 3 veces mayores a las del Sol, su final será el de estrella de neutrones. Ya las estrellas muy masivas a partir de 8 masas solares, tienen un final que las lleva hacia la singularidad de los agujeros negros.

Es preciso que todos sepáis que, en cualquier región del Universo, por muchos años luz que de nuestra Galaxia esté, las leyes que rigen son las mismas que aquí interaccionan con la Materia. Todo el Cosmos es lo mismo en cualquier lugar. Los Cúmulos de Galaxias y los espacios “vacíos” que existen entre ellos, las Nebulosas, los Agujeros Negros que ocupan el corazón de las Galaxias, el gas y el polvo interestelar que forman nuevas estrellas, y, en fin, todas las maravillas que a través de los procesos nucleares, forman la materia compleja a partir del Hidrógeno y del Helio.

           Las galaxias tienen un lado oculto que no podemos ver pero que está ahí presente en ellas

El Hidrógeno y el Helio es el material primario del Universo y, a partir de ellos, se forman las estrellas que convierten ese material en una especie de plasma a altas temperaturas que en la superficie de la estrella puede ser de 6.000 grados y en el núcleo de 15 millones.

La fusión nuclear, convierte el hidrógeno en helio, el helio en carbono, el carbono en oxígeno, y, de esta manera hasta llegar al hierro. Otros materiales más complejos se producen cuando las estrellas supermasivas explotan en supernovas sembrando el espacio con una nueva Nebulosa y, su núcleo se convierte en una estrella de neutrones o en un agujero negro.

Pero veamos algún objeto más de los que pueblan el inmenso Espacio del Interestelar.

¿Qué decir de la velocidad de la luz en el vacío (c)

 

En tiempos de Galileo se creía que su velocidad era instantánea

La luz está compuesta por fotones y precisamente ya se ha dicho que es la luz la que tiene el récord de velocidad del universo al correr a unos 300.000 Km/s, exactamente 299.792’458 Km/s.

¿Y los neutrinos?

“La nueva astronomía multimensajero se pone a punto. Además del espectro electromagnético (luz, radio, infrarrojo, microondas…), ahora se estudia el cielo utilizando ondas gravitacionales y neutrinos procedentes de fenómenos muy violentos y energéticos del Universo. En este campo, IceCube, el telescopio de neutrinos más potente del mundo, anuncia un nuevo hito: publica en Science la primera evidencia de la fuente de un neutrino detectado en el hielo de la Antártida hace casi un año. Para identificarla contó con la ayuda de 20 satélites y telescopios que observan distintas regiones del espectro electromagnético, y también de otro telescopio de neutrinos, ANTARES, en una búsqueda que lidera el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Centro de Excelencia Severo Ochoa del CSIC y la Universitat de València. Sería la primera vez que se identifica el origen de los neutrinos más energéticos conocidos.”

Los neutrinos se forman en ciertas reacciones nucleares y ningún físico atómico ha sido hasta ahora capaz de medir su masa. Es probable que los neutrinos, como los fotones, tengan una masa en reposo nula, aunque en realidad el neutrino nunca podrá estar en reposo y, como el fotón, siempre se está moviendo a 299.792’458 Km/s y adquieren esa velocidad desde el instante en que se forma.

Primera observación de un neutrino en una cámara de burbujas, en 1970 en el Argonne National Laboratory de EE.UU., la observación se realizó gracias a las líneas observadas en la cámara de burbujas basada en hidrógeno líquido.

Pero los neutrinos no son fotones, porque ambos tienen propiedades muy distintas. Los fotones interaccionan fácilmente con las partículas de materia y son retardados y absorbidos al pasar por la materia. Los neutrinos, por el contrario, apenas interaccionan con las partículas de materia y pueden atravesar un espesor de años luz de plomo sin verse afectados. Lo cierto es que la cota superior de la masa de los neutrinos es 5.5 eV/c², lo que significa menos de una milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno

Parece claro, por tanto, que si los neutrinos tienen una masa en reposo nula, no son materia. Por otro lado, hace falta energía para formarlos, y al alejarse se llevan algo de ella consigo, de modo que son una forma de energía.

Los neutrinos salen disparados a velocidades relativistas desde los distintos fenómenos astronómicos que se producen en el Universo y, se crean grandes instalaciones para poder localizarlos. La masa del neutrino tiene importantes consecuencias en el modelo estándar de la física de partículas,  ya que implicaría la posibilidad de transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes en un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos. En todo caso, los neutrinos no se ven afectados por las fuerzas electromagnéticas o nuclear fuerte,  pero sí por la fuerza nuclear débil y la gravitatoria.

En estos momentos, mientras lees este trabajo, miles de neutrinos atraviesan tu cuerpo

¿Son los neutrinos partículas fantasmas?

Sin embargo, atraviesan cualquier espesor de materia sin interaccionar apenas, de modo que prácticamente no efectúan trabajo. Lo cual les distingue de cualquier otra forma de energía. En su momento se habló de que los neutrinos podían ser la energía oscura que tanto fascina a todos los físicos, astrofísicos y astrónomos, sin embargo, al no haber detectado de manera clara la masa de los neutrinos, se desechó la idea.

El neutrino es de la familia de los leptones y existe en tres formas. Una asociada al electrón y se conoce como neutrino electrónico (V_e), otra al muón y es el neutrino múonico (V_µ) y por último el que está asociado con la partícula tau, que es el neutrino tauónico (V_t). Cada forma tiene su propia antipartícula.

El neutrino fue postulado en 1.931 para explicar la energía “perdida” en la desintegración beta. Fue identificado de forma tentativa en 1.953, y definitivamente en 1.956, dando la razón a Wolfgang Pauli que presintió su existencia.

Los neutrinos no tienen carga y como dijimos antes, tampoco tienen masa (o muy poca); son pura energía que viaja siempre por el espacio a la velocidad de la luz (según se cree). En algunas teorías de gran unificación se predice que los neutrinos tienen masa no nula.

Decaimiento β^– de un núcleo. Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón a la vez que emite un electrón (β^–) y un antineutrino electrónico.

Cuando Pauli propuso su existencia para justificar la energía perdida en la desintegración beta, Enrico Fermi lo bautizó con el nombre de neutrino.  La ley de conservación de la energía prohíbe que ésta se pierda, y en la desintegración beta, que es un tipo de interacción débil en la que un núcleo atómico inestable se transforma en un núcleo de la misma masa atómica pero de distinto número atómico, hace que en el proceso un neutrón se convierta en un protón con la emisión de un electrón, o de un protón en un neutrón con la emisión de un positrón. Pero la cuenta no salía, allí faltaba algo, no se completaba en la transformación la energía original, así que Pauli añadió en la primera un antineutrino electrónico y la segunda la completó con un neutrino electrónico.

Desde el comienzo de ésta página evitamos fórmulas y explicaciones complejas. Arriba las ecuaciones sencillas que nos dicen que masa y energía son la misma cosa, y, la otra nos habla del cuanto de acción de Planck, los pequeños paquetes de energía que Einstein llamó fotones-

Ahora para ir conociendo mejor el Universo, dejemos aquí explicados algunos conceptos:

Asteroides

                             (Planetas menores; planetoides)

Pequeños cuerpos que giran alrededor del Sol entre las órbitas de Marte y Júpiter en una zona alejada entre 1’7 y 4’0 Unidades astronómicas del Sol (cinturón de asteroides).  El tamaño de estos objetos varía desde el más grande, Ceres (con un diámetro de 933 km.), a los objetos con menos de 1 km. De diámetro.  Se estima que hay alrededor de 10 cuerpos con diámetro mayor de 250 km. Y unos 120 cuerpos con diámetros por encima de 130 km.

Aunque son millones, su masa total es apenas una pequeña fracción de la Tierra, aunque no por ello dejan de ser preocupantes en el sentido del peligro que pueda suponer para nuestro planeta, la colisión con uno de estos pedruscos enormes del espacio estelar.  La desaparición de los Dinosaurios podría ser una prueba de los efectos devastadores de una colisión de este calibre. Según algunos creen uno de estos cuerpos enormes cayó en México y arrasó con la vida de los grandes reptiles.

Astrofísica.

Ciencia que estudia la física y la química de objetos extraterrestres.  La alianza de la física y la astronomía, que comenzó con la creación de la espectroscopia, permitió investigar lo que son los objetos celestes, y no solo donde están.

Esta ciencia nos permite saber la composición de elementos que tiene un objeto estelar situado a miles de años-luz de la tierra, y, de momento, se confirma que el material existente en el Universo entero, es igual en todas partes.

El Universo primitivo era un plasma, cuando se enfrió se convirtió en Hidrógeno y algo de Helio (los dos elementos más simples) y más tarde, cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias, se pudo fabricar,  en los hornos termonucleares de las estrellas, el resto de elementos más complejos y pesados, tales como litio, carbono, oxigeno, nitrógeno, todos los gases nobles como argón, kriptón, neón, etc., el hierro, mercurio… uranio y se completó la tabla periódica de elementos naturales que están, de una u otra forma dispersos por el Universo.

ESTOS ELEMENTOS: Son los componentes orgánicos que forman parte de los seres vivos. El 99% de la masa de la mayoría de las células está constituida por cuatro elementos, carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), que son mucho más abundantes en la materia viva que en la corteza terrestre.

Nosotros mismos, la especie humana, estamos hechos de un material que solo se puede producir en las estrellas, así qué, sin lugar a ninguna duda,  el material que nos formó se fabricó hace miles de millones de años en estrellas situadas a miles o cientos de miles de años-luz de nuestro Sistema Solar. ¡Qué insignificante somos comparados con la enormidad del Universo! Sin embargo, el hecho de pertenecer a él nos da cierta importancia, y, además, somos conscientes de SER.

Astronomía invisible.

Telescopios de infrarrojo y una Nebulosa captada en el infrarrojo

Imagen de la galaxia Andrómeda a partir de radiación infrarroja tomada con el telescopio espacial Spitzer. Créditos: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Ariz.

 También la astronomía infrarroja puede llevarse a cabo desde la superficie de la Tierra. Sin embargo, muchas de las otras regiones del espectro electromagnético están seriamente bloqueadas por capas de la atmósfera terrestre, y eso significa que tenemos que utilizar métodos de investigación basados en el espacio, tales como sondas y satélites. Es cierto que para casi toda la astronomía de rayos X y hay un satélite importante, el Observatorio de Rayos X Chandra, de 1999, que ha dado una gran información en esta región.

Así, la Astronomía invisible es el estudio de objetos celestes observados mediante la detección de su radiación o longitudes de onda diferentes de las de la luz visible.

Mediante este método se ha detectado, por ejemplo, una fuente emisora de rayos X, Cygnus X-I, que consiste en una estrella supergigante que rota alrededor de un pequeño compañero invisible con una masa unas diez veces mayor que la del Sol y, por tanto, por encima del límite de Chandrasekhar y que todos los expertos le conceden su voto para que, en realidad sea un agujero negro situado en el corazón de nuestra Galaxia a 30.000 años-luz de la Tierra.

Astronómica, unidad.

Distancia media de la Tierra al Sol, igual a 149.600 millones de km., ó 499,012 segundos-luz, ó 8’316 minutos-luz.  Cuando se utiliza para medir distancias entre Galaxias, se redondea en 150 millones de km.

Átomo.

La parte más pequeña que puede existir de un elemento.  Los átomos constan de un pequeño núcleo muy denso de protones y neutrones rodeado de electrones situados por capas o niveles y moviéndose.  El número de electrones es igual al de protones y, siendo la carga de estas positivas y la carga de aquellas negativa, pero equivalentes, el resultado final del total de la carga es cero y procura la estabilidad entre cargas opuestas pero iguales.

La estructura electrónica de un átomo se refiere a la forma en la que los electrones están dispuestos alrededor del núcleo y, en particular, a los niveles de energía que ocupan.  Cada electrón puede ser caracterizado  por un conjunto de cuatro números cuánticos: el núm. Cuántico principal, el orbital, el magnético y el número cuántico de espín.

De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, dos electrones en un átomo no pueden tener el mismo conjunto de números cuánticos.  Los números cuánticos definen el estado cuántico del electrón y explicar como son las estructuras electrónicas de los átomos.

En el núcleo reside casi por completo, la masa del átomo que esta compuesta, como se ha dicho por protones y neutrones que, a su vez, están hechos por quarks.

Se puede dar el caso  de que, en ocasiones, se encuentren átomos exóticos en el que un electrón ha sido reemplazado por otra partícula cargada negativamente, como un muón o mesón.  En este caso, la partícula negativamente cargada finalmente colisiona con el núcleo con la emisión de fotones de rayos X.  Igualmente, puede suceder que sea el núcleo de un átomo el que sea reemplazado por un mesón positivamente cargado.  Ese átomo exótico tiene que ser creado artificialmente y es inestable.

Big Bang.

¿Ocurrió en verdad?

Teoría cosmológica en la que toda la materia y energía del Universo se originó a partir de un estado de enorme densidad y temperatura que explotó en un momento finito en el pasado hace unos 15 mil millones de años.  Esta teoría explica de forma satisfactoria la expansión del Universo, la radiación de fondo de microondas observada, característica de la radiación de cuerpo negro a una temperatura de 3 K y la abundancia observada de helio en el Universo, formado por los primeros 100 segundos después de la explosión a partir del deuterio a una temperatura de 10.000.000.000 K. Ahora es considerada generalmente como más satisfactoria que la teoría de estado estacionario de un Universo quieto e inamovible.  La teoría del Big Bang fue desarrollada por primera vez en 1.927 por A.G.E. Lamaitre (1894-1966) y retomada y revisada en 1.946 por George Gamow (1904-1968). Han sido propuestas varias variantes de ella.

Si existe una singularidad… ¿Por qué no un agujero de gusano?

La teoría de la relatividad general predice la existencia de una singularidad en el comienzo, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas.  La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la relatividad general deja de ser válida en el Universo muy primitiva, y que el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría cosmológica cuántica.

Con el conocimiento actual de la física de partículas de altas energías, podemos hacer avanzar el reloj, hacia atrás y a través de las eras Leptónica y la hadronica hasta una millonésima de segundo después del Big Bang cuando la temperatura era de 10¹³ k.  Utilizando una teoría más especulativa los cosmólogos han intentado llevar el modelo hasta 10^-35 segundos después de la singularidad, cuando la temperatura estaba en 10¹⁸ k.

En el instante del Big Bang comenzó la expansión del Universo y en ese mismo momento, nació el espacio-tiempo. En un principio la simetría lo dominaba todo y reinaba una sola fuerza unificada.  Más tarde, a medida que el Universo se enfriaba, la simetría se rompió y surgió la materia y las 4 fuerzas fundamentales que rigen hoy, la opacidad desapareció y todo fue transparencia, surgieron los fotones que transportaron la luz a todos los rincones del cosmos. Doscientos mil años más tarde surgieron las primeras estrellas, se formaron las Galaxias y, partir de la materia inerte, nosotros, la especie humana que, hoy, tan pretenciosa, quiere explicar como ocurrió todo.

Todo esto quedó bien explicado en días anteriores, sin embargo, se deja aquí un resumen como recordatorio para que todos, sin excepción, se familiaricen con estos conceptos del Cosmos.

Reacción del Carbono.

Importante proceso de fusión nuclear que se produce en las estrellas.  Lo inicia, el carbono 12 y, después de interacciones con núcleos de nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y otros elementos, reaparece al final.

Este es el fenómeno que hace posible que las estrellas estén brillando en los cielos.

Cefeida variable.

Cerca de las variables cefeidas 

Este concepto engloba cualquier estrella cuyo brillo, visto desde la Tierra, no es constante. Pueden ser estrellas cuya emisión de luz fluctúa constantemente y pulsa variando tanto en temperatura como diámetro para producir cambios de brillo con un periodo y amplitud estables muy regulares.

Una estrella variable pulsante cuya periodicidad (esto es, el tiempo que su brillo tarde en variar) está directamente relacionada con su magnitud absoluta. Esta correlación entre el brillo y el período hace útiles las cefeidas para medir distancias intergalácticas.

Uno de los grupos importantes de gigantes o supergigantes amarillas variables pulsantes, llamadas así por su prototipo, Delta Cephei.  Este término general y aplicado comúnmente a más de un tipo estelar, en particular a los cefeadas clásicas antes mencionadas Delta Cephei, y a los menos numerosas estrellas conocidas como W virginia.

En su tamaño máximo, los Cefeidas son típicamente un 7-15% mayores que en su tamaño mínimo.

Centauros A.

Intensa radio fuente o fuente de rayos X situada en la constelación Centauros,  identificada con la Galaxia elíptica gigante de una magnitud 7 NGC 5128.  Centauros A es una radio galaxia clásica con dos pares de lóbulos radio emisores, el mayor de los cuales extendiéndose hasta a 1’5 millones de a.l. y con un chorro que unos 10.000 a.l. de longitud.  Estando situada a 15 millones de a.luz, se trata de la radiogalaxia más cercana al Sol.  Aunque la Galaxia madre se identifica como elíptica, tiene una banda de polvo poco característica cruzándola, que se cree es el resultado de la unión de una galaxia eliptica en otra espiral.

Esta situada entre el Grupo Local y el centro del supercúmulo de Virgo.

Colapso gravitacional

NGC 6745 (la primera imagen) comporta densidades tan altas como para desencadenar la formación de estrellas a través del colapso gravitatorio.Pero en realidad el colapso gravitario se refiere… Al fenómeno predicho por la teoría de la relatividad general en el que la materia comprimida más allá de una densidad crítica se colapsa como consecuencia de la atracción gravitacional hasta que aparece una singularidad puntual.

La singularidad resultante del colapso gravitacional puede ser interpretada como una indicación de que se ha llegado al límite de la teoría de la relatividad general y de la necesidad de construir una gravedad cuántica.

La hipótesis de la censura cósmica sugiere que el punto final del colapso gravitacional debe ser un agujero negro, pues las singularidades están siempre ocultas en astrofísica, pues suministra una evidencia indirecta de la existencia de los Agujeros negros.

También, dependiendo de la masa de la estrella, cuándo finalmente agotan su combustible nuclear de fusión (hidrógeno, helio, oxigeno, carbono, etc.) y la gravedad no encuentra oposición para realizar su trabajo, las estrellas colapsan bajo su propio peso, no siempre hasta agujeros negros, como nuestro Sol un día en el futuro, podrán colapsar a estrellas enanas blancas o estrellas de neutrones y los supermasivas, estas así, serán agujeros negros.

Cometas

Miembros secundarios del Sistema Solar que, según se cree, son montones de suciedad y hielo que son residuos de la formación del sistema solar.  Se cree que hay millones de cometas en la Nube de Oort, una región esférica con un radio de treinta mil a cien mil unidades astronómicas con centro en el Sol.  Los cometas que llegan de la Nube de Oort son calentados por el Sol y desarrollan colas brillantes que los hacen visibles en los cielos de la Tierra.

Corrimiento al rojo.

Desplazamiento de las líneas espectrales en la luz proveniente de las estrellas de las galaxias distantes, que se considera producido por la velocidad de alejamiento de las galaxias en un universo en expansión (ley de Hubble). Cuando las galaxias en lugar de alejarse se acercan (caso de Andrómeda), el corrimiento es hacia el azul.

Cósmica, densidad de la materia. (Densidad crítica)

El Omega Negro  (α), como llaman los cosmólogos a la materia que contiene el universo. En función de la cantidad que contenga  (Densidad Crítica), estaremos en un Universo abierto, Cerrado o Plano

Densidad de materia que se obtendría si toda la materia contenida en las Galaxias fuera distribuida uniformemente a lo largo de todo el Universo.  Aunque las estrellas y los planetas tienen densidades mayores que la densidad del agua (alrededor 1 gr/cm³),  la densidad media cosmológica es extremadamente baja (menos de 10^-29 gr/cm³, o 10^-5 átomos/cm³ ), ya que el Universo está formado casi exclusivamente por espacio virtualmente vacío entre galaxias.  La densidad media de materia determina si el Universo continuará expandiéndose o no.

La llamada densidad crítica, es la densidad media de materia requerida para que la Gravedad detenga la expansión del Universo. Un Universo con una densidad muy baja se expandirá por siempre, mientras que uno con una densidad muy alta colapsará finalmente.  Un Universo con exactamente la densidad crítica, alrededor de 10^-29 gr/cm³, es descrito por el modelo Einstein- de Sitter, que se encuentra en la línea divisoria de estos dos extremos.

La densidad media de materia que puede ser observada directamente en nuestro Universo representa sólo el 20% del valor crítico.  Puede haber, sin embargo, una gran cantidad de materia oscura que elevaría la densidad hasta el valor crítico.  Las teorías de universo inflacionario predicen que la densidad presente debería ser muy próxima a la densidad crítica; estas teorías requieren la existencia de materia oscura que, hoy por hoy, es el misterio más grande de la Astrofísica.

Cósmicos, rayos.

Partículas subatómicas, principalmente protones,  que atraviesan velozmente el espacio y chocan con la Tierra.  El hecho de que sean masivas sumado a sus altas velocidades, hace que contengan considerable energía: de 10⁸ a más de 10²² _eV (electrón-voltios).

El 90% de los rayos cósmicos son protones (núcleos de hidrógeno) y partículas alfa (núcleos de helio) la mayor parte del resto.  Los núcleos más pesados son muy raros.   También están presentes un pequeño número de electrones, positrones, antiprotones y neutrinos y rayos gamma.

Los rayos cósmicos fueron detectados por primera vez durante el vuelo de un globo en 1.912 por V.F.Hess, y el término fue acuñado en 1.925 por el físico norteamericano Robert Andrews Millikan (1868-1953).

Cosmología.

En la física la cosmología se refiere al estudio de la evolución y el destino del universo, así como también al desarrollo de las teorías de la relatividad.

1. Ciencia que se ocupa de estudiar la estructura y la composición del Universo como un todo.  Combina la astronomía, la astrofísica y la física de partículas y una variedad de enfoques matemáticos que incluyen la geometría y la topología.
2. Teoría cósmica particular.

Constante cosmológica

Un término empleado a veces en cosmología pasa expresar una fuerza de “repulsión” o “repulsión cósmica”, como la energía liberada por el falso vacío que los modelos del Universo inflacionario consideran que potenció exponencialmente la expansión del universo.  Que exista tal repulsión cósmica o que haya desempeñado alguna vez un papel en la historia cósmica es un problema aún no resuelto, como ocurre con la constante cosmológica de Einstein.

Cúmulo de estrellas.

                               Cúmulo globular M13

Conjunto de estrellas unidas por la Gravitación, más pequeños y menos masivos que las Galaxias.  Los cúmulos “globulares” son más abundantes; son viejos y pueden contener de cientos de miles de millones de estrellas; se les encuentra dentro y lejos del disco Galáctico.

Se extienden sobre un radio de unos pocos mega-parsecs (también existen pequeños Grupos de Galaxias, como nuestro Grupo Local de solo unas pocas Galaxias.)

He querido terminar el año explicando algunas cosas que, no por conocidas debemos olvidar, el universo es muy complejo y de una riqueza inconmensurable de objetos y cuestiones que, de vez en cuando, debemos recordar. Claro que, en el breve repaso, se me han pasado por alto un importante concepto:

¡El Tiempo!

El Tiempo que inexorable transcurre sin que le prestemos atención, en la dinámica vida que nos ha tocado estar, no nos paramos nunca a escuchar el silencio. El Tiempo es, sin lugar a ninguna duda, lo mejor que nos han dado, y, no siempre hemos sabido aprovecharlo, ha pasado y no hemos hecho aquello que siempre estaba en nuestra Mente, pero lo dejamos pasar, y, como solo marcha en una dirección (hacia un Futuro que nunca podremos conocer), perdimos la oportunidad de aprovechar ese valioso período de nuestras vidas que llamamos Tiempo.

Para nuestro beneficio lo hemos cuantizado en segundos, y, llegó Einstein y nos dijo que un segundo no es igual para todos, que dependía de la velocidad a la que nos estuviéramos moviendo, lo que ha causado un gran asombro en la Comunidad Científica. Y, aunque nos dicen que tal fenómeno se ha comprobado… A mí, me parece que el Tiempo no se va a frenar porque algo corra a mucha velocidad… ¿No es el Tiempo una constante? Claro que, tampoco el tiempo es igual, para la pareja de enamorados, a los que una hora juntos les parece un segundo, que el tiempo del enfermo que lo pasa mal en la cama del Hospital, al que un segundo le parece una hora. ¿Acaso este tiempo no es Psicológico? Ya que un minuto un minuto es se mida como se quiera medir. Y, así las cosas… ¿No será también Psicológico el Tiempo del viajero que marcha a la velocidad de la luz, al que le parece que el Tiempo se ralentiza, cuando en realidad, lo que ocurre es que ha viajado más rápido que el Tiempo y le da la sensación de que este se ha frenado?

El paso del Tiempo lo cambia todo

Para nuestro entendimiento, hemos dividido el Tiempo en Pasado, Presente y Futuro:

El Pasado es el Tiempo que se fue, el que nunca volverá, y, si es parte de nuestro Tiempo lo podremos rememorar, los recuerdos de ese Tiempo Pasado perdura en nuestra Mente. Si ese Pasado es el Tiempo de otros, lo podemos conocer en la Historia.

El Presente (la palabra lo dice).  ¡Es un Regalo! Es el Tiempo que tenemos para poder realizar nuestros sueños, lo que no hagamos en el Presente nunca lo podremos hacer, es el Tren que pasa y en el nos tenemos que montar, si se pierde… Sólo con nostalgia y pesar, recordarlo podremos.

El Futuro, es el Tiempo por venir, el tiempo que no existe, el Tiempo hacia el que miramos curiosos, el que nos gustaría conocer, al que nunca podremos llegar, vivimos en un eterno Presente que inexorable camina siempre hacia el Pasado. El Futuro que nosotros presentimos, será el Presente de otros que detrás de nosotros vendrán. El Futuro solo imaginarlo podemos, es como el horizonte hacia el que caminamos y nunca podremos alcanzar.

El Tiempo es algo que ha producido “dolor de cabeza” a los mejores filósofos y pensadores de todos los tiempos, todos quisieron decirnos lo que el Tiempo es, claro que, ninguno lo ha conseguido, simplemente, con más o menos fortuna, dejaron su definición más pretenciosa que certera.

El Tiempo es algo que no se deja ver, no es material, no se puede comprar ni vender ni prestar, el Tiempo, según se dice, es un Tesoro. Es el Tiempo (si tuviera conciencia (que no  lo sabemos), el Testigo presencial del nacimiento del Universo, ya que con el nació, y, también la Entropía.

Aquí os dejo este pequeño resumen de lo que es el Tiempo, y, aunque esto daría para muchas páginas, el Tiempo es limitado, y esto, una pequeña referencia a la que todos los visitantes al lugar, podéis poner vuestro particular punto de vista.

¡El Tiempo… Menudo problema sin resolver!

Emilio Silvera Vázquez

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             La Física, como todo, evoluciona. Arriba el taller de Faraday

Simplemente con echar una mirada al siglo XIX, nos podemos percatar de que, ese período fue apasionante la Ciencia y la Tecnología que comenzaron a cambiar de manera acelerada produciendo importantes cambios en nuestra Sociedad, sus usos y sus costumbres.

No es extraño encontrar textos de la época en los que, aquella sucesión imparable de inventos y de muchos descubrimientos, marcarían el desarrollo de una nueva Humanidad.

Las estrellas Hiper-Gigantes viven menos

¿”Qué secreto nos esconde esa poderosa máquina de pensar?

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