15 de agosto de 2008

La Historia del Universo - 1era Parte

La Historia del Universo - 1era Parte


La fuga de las galaxias

¿Nacimiento de la nada?

Música en el cosmos

La fuga de las galaxias

Hoy día sabemos, en base muchas observaciones, que nuestro universo en algún momento en el pasado tuvo un comienzo. No existe desde siempre, si no con 13,7 mil millones de años, se le puede considerar como bastante joven. Hasta los pensamientos revolucionarios de Einstein, se suponía al espacio y al tiempo como una magnitud invariable, se consideraba al universo como una entidad estable, que en toda la eternidad no sufría cambios. Para nosotros casi incomprensible, el universo, hasta los comienzos del siglo 20, se componía sólo de galaxias a las cuales también pertenecían las extrañas “manchas nebulosas”. Recién cuando a estas se las reconoció como sistemas estelares independientes - muy alejados de las galaxias – se comenzó a sospechar de la enorme extensión del cosmos.
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El primer susto sobre los nuevos conocimientos de Einstein, aún no se había sido superado (él mismo en un comienzo creía todavía en un universo estático invariable),

Edwin Hubble (1889 – 1953) descubrió en 1929, en base a sus mediciones del corrimiento al rojo, que (casi) todas las galaxias en el universo se alejan de nosotros. Esto ya daba los primeros indicios de un origen común. Hubble, mientras tanto ya se había hecho conocido, cuando en 1923 en el observatorio de Mount-Wilson, compró, que la galaxia de Andrómeda M 31, se encuentra lejos fuera de la Vía Láctea y que es un sistema independiente. Por primera vez, también pudo determinar la distancia hacia la galaxia de Andrómeda, aún cuando debido a la inexactitud de aquel entonces, la distancia de 1,5 millones de años luz, era demasiada pequeña.



A partir del corrimiento hacia el rojo, Hubble dedujo también su más importante aporte, la Constante de Hubble. A partir de ella se aclaró ahora, que vivimos en un universo en expansión.

La razón de la fuga de las galaxias no es un dirigido movimiento propio. Más bien son arrastrados, por decirlo así, por el espacio en expansión. Para imaginarse esto mejor, se usa muchas veces el ejemplo de la masa con levadura con pasas. Cuando el (espacio)-masa comienza a leudar, o sea se expande, entonces las (galaxias)-pasas son arrastradas y todas se alejan entre ellas. ¡Con una expansión espacio-masa así, no es posible que galaxias-pasa se acerquen! Sin embargo existen excepciones en el cosmos, a ser, cuando dos galaxias se acercan por causas gravitacionales e incluso pueden colisionar. Esto, por ejemplo, le sucederá a nuestra Vía Láctea en aproximadamente 3 mil millones de años, cuando se fundirá con la galaxia de Andrómeda.

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En 1948, el científico Georg Gamow (1904-1968) publicó su teoría de un comienzo caliente del universo, después que todo había comenzado en un puré original caliente (él lo llamó Ylem), que en algún momento comenzó a expandirse.


La evidencia definitiva para el Big-bang lo entregaron dos ingenieros norte americanos en 1965 (Arno Penzias y Robert Wilson), cuando descubrieron la así llamada radiación de fondo 3 [K] (más exacto: 2,725 [K], correspondiente a redondos -270 [ºC] (Ver también cuerpos negros)

Gamow en su teoría ya había predicho, que aún hoy deberían existir radiaciones dominantes del puré original. La aquí ahora nueva radiación descubierta, en el campo de las micro ondas, llegaban de todas las direcciones del cielo y con la misma intensidad (aún cuando hoy día se sabe, que las radiaciones, correspondientes al modelo más abajo descrito, difieren en diferentes direcciones en unas milésimas [K]. ¿Quiere ver usted estas radiaciones? Enciende su televisor, sin que esté conectada una estación. Aproximadamente el 1% de la “nieve” en la pantalla proviene de la radiación cósmica de fondo.



El cuadro de arriba muestra, como el satélite COBE (Cosmic Background Explorer) en 1992, “vio” las tenues diferencias, de hasta un cienmilésimo de [K], de la radiación de fondo. Las zonas más calientes aparecen en color rojo, zonas más frías en azul. En esta vista, el plano galáctico, se extiende horizontalmente por el centro de la figura. Este cuadro es una viaje en el tiempo hasta la época más joven del universo, más allá no podemos ver. El fondo de micro ondas (CBM, Cosmic Microwawe Background) y la fuga de las galaxias, junto a otros argumentos convincente, para aquello, que todo lo que está contenido en el universo, estuvo una vez comprimido en un espacio minúsculo y que desde allí se dio el comienzo de una expansión.

Cuadro:Con la gentil autorización de DMR, COBE, NASA









Con la gentil autorización de NASA/WMAP Science Team

En el año 2001, fue puesta en órbita al rededor del Sol la Wilkinson Microwawe Anisotropy Probe (WMAP). La sensibilidad y la capacidad de resolución de este equipo, frente al COBE, fueron notoriamente aumentados, WMAP con una resolución de 0,3º x 0,3º una sensibilidad de máximo 20 [µK], esto son 20 millonésimas [K] En este cuadro del cielo, el color rojo indica mayor calor, azul más frío. A primera vista del cuadro se podría decir “Muy bien, una cuadro muy bonito, ¿pero que veo yo aquí? Para comenzar es una visión del universo, cuando tenía una edad de 379 000 años. Para esta época, el universo se había enfriado ya a unos 3000 [K]. Hasta este punto toda la materia se encontraba totalmente ionizada, es decir, aún no existían átomos, si no, protones, neutrones y electrones llevaban una vida independiente. ¡Esto estaba dominado por la radiación! Los fotones de la radiación colisionaban constantemente con las partículas, eran absorbidas por éstas, y de inmediato eran nuevamente emitidas u de nuevo absorbidos, etc. Esta dispersión de los fotones “alisaba” al aún joven universo, pequeñas fluctuaciones de la densidad y temperatura fueron equilibradas de inmediato.

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Ahora a partir de los 3000 [K], de golpe todo cambió. Los protones ahora podían capturar a los electrones y formar átomos (preponderantemente Hidrógeno y Helio). La dispersión de los fotones en las partículas cargadas terminó súbitamente y el universo se hizo transparente. Pues ahora los fotones podían recorrer libremente sus caminos y moverse sin impedimentos. Justamente este momento de la historia cósmica lo vemos en el cuadro. Estrellas y galaxias, aún no podía existir a una edad tan temprana, y por esto tampoco son visibles. ¿Por qué son tan importantes para nosotros estas finas diferencias de temperatura, para que se haya desarrollado un instrumento tan sensible como la WMPA? Ahora, en consecuencia de la teoría deberían aparecer reducidas variaciones en la densidades, respectivamente, temperatura, las así llamadas fluctuaciones. Como ya se dijo, fueron alisadas durante largos tiempos por la presión de radiación. Después de la recombinación, la unión de electrones y protones esto ya no fue así. De las zonas algo más densas y calientes, más adelante se formarían las galaxias, y las zonas más atenuadas, resultaron los grandes espacios vacíos, que observamos hoy día. Pero antes veremos como y de que realmente se pudo originar el Universo.

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¿Nacimiento de la nada?

¿Qué hubo antes del Big-bang, o sea, antes del nacimiento del universo? Esta es una de las preguntas mas repetidas veces formuladas, sobre la cual no puede existir una respuesta comprobable. Para comenzar hagamos retroceder frente a nuestra imaginación la película del desarrollo del universo. El cosmos se contrae cada vez más, hasta que todo desaparece en un punto infinitamente pequeño, la singularidad. Este se originaría cuando calculamos todo hasta el tiempo cero. La pregunta con esto es, ¿existe realmente una singularidad en el cosmos? En caso que sí la pregunta del ANTES está demás, ya que no conocemos, mediante que procesos se podría formar una singularidad. Pero existen muchas otras posibilidades, que son considerados por diferentes científicos y que en parte, también dan una explicación para el futuro desarrollo.

· Gabriela Veneziano/Mauricio Gasperini, parten de las súper cuerdas y postulan un vacío de cuerdas como estado básico más simple. Como sabemos el vacío cuántico está expuesto a fluctuaciones, y en algún momento, se podría originar una crítica densidad energética máxima. Esto puede producir un colapso desatar un universo.
· Albert Einstein, partía de la base de un universo estático. Este siempre estuvo ahí y sigue allí eternamente como es. Einstein desechó este pensamiento después de los descubrimientos de Hubble.
· Fred Hoyle, Thomas Gold y Hermann Bondi, seguían sosteniendo la Steady State Theorie, que igualmente se basa en un universo prácticamente inalterable. Ya que las galaxias se separan unas de otras, postulan un “campo creativo”, que causa la expansión y del cual es creada la misma cantidad de materia (de las cuales se forman las galaxias), como el número de galaxias desaparecen del universo por la expansión. Después de una nueva versión de la Quasi-Steady-State Theorie, en la cual también participó Geoffrey Burbidge, ya no existe un campo creador englobado y tampoco un desarrollo expansivo uniforma (Big Stream) del universo, si no, campos creadores locales, que originan materia (átomos de Hidrógeno) en forma espontánea. Por cierto, el concepto Big-bang proviene de Fred Hoyle, quién, más bien lo entendió como un insulto, de sus contrarios de su teoría.
· Stephen Hawking, Alexander Friedmann y Roger Penrose, nos ofrecen el Big-bang. Tal como lo ofrece escritor de fantasía Ferry Pratchett:

Al comienzo existía la nada – y esto luego explotó

Por consiguiente el cosmos se formó de una singularidad, como ya se había indicado y desde entonces se expande. Si la densidad de la masa del universo es lo suficientemente grande, entonces, a base de su propia gravitación, en algún momento la expansión se detiene y todo se invierte. El universo implosiona, nuevamente hacia una singularidad, el así llamado Big Crunch.

Otra versión del Big-bang parte del Big Whimper. La auto gravitación del cosmos es demasiada reducida, para detener la expansión, de manera que se expande eternamente y morir por enfriamiento.
· Otro modelo, el Big Bounce, fueron desarrollado por W. Priester, H.-J Blome, J. Hoell 1989. Aquí se parte de un universo inicial infinitamente expandido, homogéneo y libre de materia, formado de un vacío quántico altamente energizado. Este cosmos vacuo, en algún momento se contrae hacia un volumen pequeño pero finito, para expandirse desde entonces. Ahora se forma nuestro acostumbrado universo dominado por radiaciones y materia.
· Si el usual modelo del gran estallido, partedel Big Crunch o Big Whimper, Robert Caldwell encuentra otra variante del Big Rip (“Gran desgarramiento”). Nuestros actuales conocimientos indica con una gran probabilidad, que el universo se va a expandir eternamente (Modelo del Big Whimer). Según el Big Rip la expansión podría estar limitado en el tiempo, si una forma exótica, de la ya por si curiosa materia oscura, la así llamada Energía fantasma, en lo futuro aumente a una infinitamente alta densidad. La consecuencia de esto sería un desgarramiento de todo0 lo que se encuentra en el universo: Galaxias, estrellas, planetas, humanos, gallinas, incluso átomos y partículas elementales serían desgarrados. Por la simple razón, porque esta energía fantasma triunfa sobre todas las demás fuerzas naturales. Un final así podría suceder en unos 50 mil millones de años.
· El Universo cíclico según Paul Steinhard, no parte de una singularidad, si no que nuestro universo representa una Brana (derivado de membrana), que se mueve dentro de un universo de espacio de cuatro dimensiones y una dimensión de tiempo, el Universo-Bulk. Esta brana podría chocar con otra, lo que origina una especia de explosión original. Ahora ambas branas se expanden y se distancian simultáneamente hasta una distancia máxima, para comenzar nuevamente con una fase de acercamiento.
· Asimismo de Paul Steinhard proviene la teoría del Universo ecpirótico. En forma parecida al modelo anterior colisionan dos branas, pero siguen “pegadas” juntas y la enorme energía liberada crea el estado original de nuestro universo.
· Un universo, de cierto modo, también puede originarse de si mismo, estiman Richard Gott III y Li-Xin Li. A saber, cuando el tiempo no ha fluido en la misma acostumbrada línea – recta – si no, alguna vez fluyó en forma circular, en forma cerrada. Si esto fuere el caso, entonces en algún momento este bucle del tiempo se ha quebrado, y desde ese momento se mueve en forma rectilínea hacia el futuro. Con esto el universo habría tenido un comienzo, se hubiera formado de si mismo y no de un estado inicial.

Existen muchas otras ideas relacionadas con la formación del universo y su futuro, los mencionados deberían bastar como una orientación. Todos los modelos se basan en la teoría general de la relatividad o parten de una, aún no encontrada teoría de la gravitación quántica. En menor o mayor grado estas son todas especulaciones, aún cuando se encuentran en un alto nivel científico, sin embargo ninguna de las afirmaciones son comprobables. Pero lo que podemos hacer, es un análisis fundamentado de los datos WMAP, que nos delata algo sobre el tiempo prístino de nuestro universo. Una cosa es cierta: Todas las observaciones realizadas, indica, que en algún momento nuestro universo se originó de un espacio increíblemente minúsculo.












Quizás existe Windows ya desde mucho antes de lo que se cree – y el comienzo del mundo fue totalmente distinto…

Fuente: desconocida

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Música en el Cosmos





Como ya se había mostrado arriba, el satélite COBE ha mostrado fluctuaciones en las radiaciones de fondo. Más impresionantes son los detalles de mínimas fluctuaciones locales, que ha encontrado el satélite WMAP. En el siguiente cuadro vemos una mayor resolución de una toma WAMP:

Con la gentil autorización del equipo científico NASA/WMAP

Las variaciones del fondo de microondas corresponden a lo esperado del modelo estándar. A fines de los años 60 Philip James Edwin Peebles dedujo que el CMB debería mostrar finas fluctuaciones. En forma independiente los astrofísicos rusos Yakov Borisovich Seldowitsch y Rashid A. Sunjajew, llegaron a la misma predicción. Las diminutas variaciones, fluctuaciones de la densidad del temprano y muy caliente plasma de fotones y partículas elementales, se transportaban como en un gas normal. Esto eran secuencias de densificaciones y diluciones en expansión. Si algo así sucede en el aire que nos rodea, entonces lo llamamos sonido, y nada más recorrió el cosmos en aquel entonces. En el tiempo de la recombinación, cuando los fotones ya no se disgregaban en la materia, entonces el padrón formado por las ondas sonoras en el CMB, fue, por decirlo así, congelado.

El característico tono de un instrumento musical se produce, porque a la oscilación de base de un sonido se forman innumerables armonías. Estas son vibraciones con, por ejemplo, ½ o ¼ de la onda base. También las ondas sonoras del universo mostraron estas armonías. Si el sonido se expande en un medio, entonces esto se produce por choques entre partículas individuales. Si el largo de onda es menor que la distancia de las partículas, entonces la onda sucumbe ya que no puede seguir trasplantándose. En el aire estas distancias son muy reducidas, el cosmos tempranero enormemente inflado, debido a la fase inflacionaria, las distancias entre las partículas ya había crecido hasta unas 10 000 años luz. A este tiempo, de la recombinación, se manifestaron ondas sonoras en la radiación de fondo. El tamaños de las manchas calientes y frías, le delatan a los cosmólogos las frecuencias de las ondas sonoras. Las estructuras más grandes en el tiempo de la recombinación, tenían un diámetro de 1 millón de años luz, y debido a la expansión han crecido hoy día a 1 mil millones de años luz. Estas manchas calientes y frías corresponden a la oscilación de fondo, mientras que detalles menores permiten llegar a la conclusión de armonías.

De estas, a primera vista tan insignificantes manchas, los cosmólogos pueden deducir muchas otras cosas más. A través de las ondas sonoras y nosotros como observadores se tiende un triángulo, y de esto se puede calcular, cuan grande es la suma de los ángulos. ¿Para qué? La suma de los ángulos en el triangulo de Euclides es de exactamente 180º, si el espacio-tiempo del universo es curvo positiva o negativamente, la suma es mayor o menor. Esto depende directamente de la densidad energética del cosmos que, según las mediciones se encuentra cerca de la densidad crítica de 10^-29 [g/cm3]. ¡Según esto vivimos en un universo abierto eternamente en expansión, ya que nuestro cosmos es euclidico!

En la secuencia de cuadros, se representan diferentes fases del desarrollo del universo. La radiación de fondo ya la conocemos. Desde las fluctuaciones se forman ahora zonas de mayor densidad de materia y espacios más diluidos. La gravedad hace que ahora cada vez más masa se adjunta a determinadas estructuras y los diluidos voids, los enormes espacios vacíos, son cada vez más barridos. Se estructuran cúmulos de galaxias, las primeras estrellas comienzan a encenderse ya a los 2oo millones de años después del Big-bang y se forman las galaxias

Cuadros: Con la gentil autorización del equipo científico NASA/WMAP

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Las estructuras de la radiación de fondo le han entregado a los cosmólogos otra confirmación de su modelo del desarrollo del universo. Hoy sabemos, que la masa de la materia luminosa – o sea, estrellas, galaxias y nebulosas – tiene la menor cantidad de la parte estructura del universo, la mayor parte está contenida en la masas en las nubes gaseosas. De análisis diferenciados de las ondas sonoras amónicas, se logró determinar en forma muy exacta la constitución del universo. De acuerdo a esto, la materia visible es sólo el 4% del total de la materia. Desde hace tiempo se conoce la existencia de la materia invisible para nosotros, la materia oscura, lo que se puede deducir de las mediciones de velocidades de la velocidad de las órbitas de las estrellas en las galaxias. Su parte es del 23%

Según nuestra actual comprensión, la materia oscura forma la recombinación de estructuras filamentosas. Debida a que fueron en su época la parte dominante del universo. La materia debía acumularse, debido a la gravedad, a lo largo de estas estructuras. La mayor parte del 73% proviene de las valoraciones de los científicos WMAP, le corresponde a la misteriosa energía oscura. Por observaciones y determinaciones exactas de distancias de supernovas, en los años pasados, debemos amistarnos con la idea, de que la expansión del cosmos sigue acelerando. La fuerza impulsora para este efecto lo representa la energía oscura. Ella es uno de los misterios más grandes de la moderna cosmología. Quizás esto se disolverá en el aire, si esto, de acuerdo a nuevos razonamientos, esta energía oscura se compone de ondas gravitacionales del tempranero universo…

Cuadro. Con la gentil autorización del equipo científicoNASA/WMAP

Última revisión: 30 de Enero de 2007

Traducida al castellano por AAGB, Stgo. Chile, Agosto 2008. Con la gentil autorización de Werner Kasper, Mittelweg 1, D- 35117 Münchhausen, Abenteuer-Universum (Aventura Universo)

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