Desde el Big-bang hasta el planeta Tierra (III)
El desarrollo del universo
Si no hay interferencia de luz, en el mejor de los casos,
en una clara noche podemos observar a simple vista unas tres a cuatro mil estrellas.
Algunas “estrellas” en el cielo, en realidad son sistemas múltiples compuestos
por dos, tres, cuatro, cinco o seis estrellas, otras son galaxias completas –
galaxias son amontonamientos de estrellas. Que influyen entre si por la acción
de la gravitación y que rotan alrededor de un centro común. Estas galaxias no
se distribuyen en el universo en forma pareja, sino están ordenados en cúmulos
y súper cúmulos de galaxias.
La Vía Láctea
vista desde la Tierra. Esta fotografía fue compuesta por una
serie de tomas individuales realizadas por Serge Brunier, en el marco del
ESO-GigaGalaxy Porjects. En la página Web
www.gigagalaxyzoom.org/
se puede ver esta fotografía con una gran resolución y muy detalladamente . © ESO/S. Brunier licencia c.c.
3.0
Pero aun, cuando el cielo estrellado es tan espléndido,
a simple vista sólo vemos la parte más ínfima de todas las estrellas – sólo un
par de miles. Solo nuestra galaxia, la Vía Láctea tiene más de 100 mil millones
de estrellas – y ella es sólo una de por lo menos 100 mil millones de galaxias. Si nos imaginamos todo el cosmos
observado como una esfera de 20 metros de diámetro. Nuestra galaxia sería una partícula
de polvo de aproximadamente un décimo de milímetro de diámetro. En realidad esta partícula de polvo es
inmensa, su diámetro es de 100 000 años luz. La luz necesita 100 000 años para recorrer
esta distancia. Esto son conceptos que sobreasan nuestra capacidad imaginativa,
pero por lo menos pudimos investigar cómo se llegó a esto.
La gravitación le da al universo una estructura
Cuando después de 380 000 años después del Big-bang se
habían formado el Hidrógeno y el Helio. La gravitación
por primera vez pudo desarrollar un efecto reconocible. Globalmente la fuerza
de separación del Big-bang es más fuerte – e universo hasta hoy se sigue
expandiendo: pero en regiones, en las cuales el universo joven era más denso,
la gravitación comenzó a juntar materia. Con esto, con el correr del tiempo, se
formaron nubes de gas y polvo, los orígenes de las actuales galaxias Ya los
primeros inventarios fotográficos del cielo daban la impresión, que las
galaxias forman una estructura esponjosa. Hubo zonas densas (cúmulos y súper cúmulos de galaxias), que están unidos
por filamentos, donde hay más galaxias. Entre estas estructuras se encuentran
enormes espacios vacíos. Estudios tridimensionales precisos, mediante el auxilio
de la espectrografía (que usa el corrimiento hacia el rojo para la determinación
de distancias) confirman este cuadro. Sin embargo la cantidad de materia conocida
no alcanza, para formar estas estructuras: Todo esto fue causado ante todo por la materia oscura, que
arrastró consigo a la materia normal. Aquella forma la parte mayor de la materia en el
espacio, las galaxias, por lo tanto son sólo una especie de “espuma de las olas
del mar de la materia oscura” (Günther Hasinger). Modernos telescopios además muestrean,
que las galaxias crecen y se desarrollan con el tiempo. De simples galaxias
espirales, se pueden transformar en galaxias tipo “sombrero”, que están
rodeadas por un anillo de polvo, o las grandes galaxias espirales. Con esto
galaxias grandes se pueden “tragar” a galaxias más pequeñas, o se pueden juntar
dos galaxias. Tampoco el cielo es constante, sino están sometidos a un
constante desarrollo.
La
galaxia espiral NGC 1232, visto desde arriba. También nuestra Vía
Láctea es una galaxia espiral cómo esta, visto por el lado. © ESO ,
licencia c.c. 3.0
La
vida de las estrellas
Aproximadamente unos100 millones de años después del
Big-bang en algunos de los primeros precursores de las galaxias zonas
especialmente densas, colapsarse sobre sí mismas. Con esto se hicieron cada vez
más densas y calientes; el roce entre las partículas produjeron calor.
Finalmente la presión aumentó tanto, que superó la repulsión entre los núcleos
atómicos de carga positiva: comenzó la fusión
atómica; aparecieron las primeras estrellas. Fusiones nucleares también son las fuentes de energía del
Sol: Dos átomos de Hidrógeno se fusionan a un átomo de Helio, perdiendo con
esto aproximadamente un 0,7 % de su masa, que es liberada como energía (masa se
transforma en energía – por decirlo así, la inversión de la formación de la
materia después del Big-bang). La energía proveniente de las reacciones de
fusiones nucleares actúa en contra de la fuerza gravitacional, de manera que
las estrellas no pueden seguir comprimiéndose, sino primeramente consume su
combustible. Aproximadamente unos 100 millones de años después del Big-bang el universo
se iluminó, alumbrado por las primeras
estrellas. Estas presumiblemente fueron muy masivas, de otra manera una nube de
gas de aquellos tiempos no se habría contraído para formar una estrella.
La vida de una estrella depende de su tamaño, mientras más grande
es una estrella, tanto más rápido se consume. Las gigantescas estrellas de la
primera generación sólo brillaban durante unos pocos ciento de miles de años. En
sus interiores comenzaron a aparecer nuevas fusiones nucleares, de las cuales
se forman nuevos elementos: Carbono, y finalmente Oxígeno, Magnesio, Silicio y
Fierro. La fusión del Fierro ya no libera energía, sino consume energía y con
esto la estrella pierde su fuente de energía. Y sin esta, la estrella colapsa
debido a la gravitación que ya no es detenida, y la masa comprimida se deshace
con una espectacular explosión atómica, una supernova, que puede brillar hasta
diez mil millones de veces más fuerte que nuestro Sol, y que lanza su material
al espacio. Con esto las temperaturas alcanzan varios miles de millones de
grados. Esto puede provocar otra serie d nuevas fusiones nucleares, en las cuales
se forman todos los demás elementos químicos que hoy se encuentran en forma
natural. Ya que las primeras grandes estrellas tenían una vida corta, las supernovas
del universo temprano enriquecieron al universo con estos elementos. De las
nubes de gases y polvos, dejado por estas estrellas, probablemente hace ya unos
12 mil millones de años se formaron la mayoría de las s galaxias, y en ellas las siguientes generaciones
de estrella una de estas regiones, en las cuales se forman estrellas, muestra
la figura
– nuevamente la materia colapsada bajo por su propia gravedad)
La nebulosa del Cangrejo es el residuo de una supernova que
fue descrita en fuentes históricas chinas del año 1054: Ella habría sido visible
durante 23 plenos días y 2 años durante las noches. Foto: NASA, ESA,
J. Hester (Arizona State University)
Estas estrellas de la segunda (o tercera, cuarta, …)
generación se diferencian de aquellas de la primera generación, por la
existencia de los elementos pesados. Por esto, estos estrellas podían tener
planetas – cómo nuestro Sol. Estas estrellas,
debido a los elementos más pesados también pudieron ser más pequeñas; mientras
más pequeña es una estrella tanto más tiempo brilla. Estrellas más pequeñas (donde
“pequeño” significa, hasta aproximadamente 8 veces tan grande como nuestro Sol)
viven lo suficiente, para ser influenciados por la gravitación y con esto cooperan
con la estructuración de los cúmulos de galaxias y galaxias, la fuerza de
atracción de las estrellas entre sí y por el centro de gravedad de la galaxia tiene, lugar una espiral, con
lo cual pueden aparecer galaxias espirales como la arriba mostrada. Y no
terminan en forma tan espectacular en una supernova cómo las grandes estrellas.
Se transforman en gigantes rojas, cuando al final de su tiempo se haya
consumido casi la totalidad del Hidrógeno, colapsando la estrella. Con esto
aumentan la presión y la temperatura, originándose una serie de fusiones
nucleares que forman elementos hasta el Hierro – las estrellas más pequeñas siguen
enriqueciendo al universo con elementos químicos, desde el Carbono hasta el Hierro.
Una vez consumido el combustible, la estrella expulsa el resto de su envoltorio
de Hidrógeno, el centro colapsa y se convierte en una enana blanca – a menos
que, logre obtener materia de una estrella cercana (cómo puede suceder con sistemas
estelares dobles). En este caso se puede llegar a una supernova del tipo 1ª –
con este nuevo material, la envoltura puede encenderse de nuevo explosivamente,
también aquí aparece una nueva estrella en el cielo. Al final la estrella se
precipita sobre sí misma y explota en forma parecido a una bomba de Hidrógeno,
sus componentes son expulsados al espacio.
Un universo sorprendente
Nubes de gas y polvo, estrellas y planetas de hecho los componentes
más vistosos, pero no los únicos. Cuan colapsan estrella muy grandes en una supernova,
a partir de una de una determinada masa pueden llegar a ser tan densas, que ni
siquiera la luz las puede abandonar, se ha formado un “hoyo negro”. Estos hoyos
negros se pueden reconocer por fuerza de atracción de masas, ellos también están
en directa relación con los quásares, descubiertos en 1963 y los pulsares detectados
en 1967. Loa quásares son cuerpos celestiales muy lejanos, extremadamente luminosos,
son interpretados como galaxias jóvenes, que colapsaron o se fundieron con
otras galaxias, y en cuyos centros se encuentra un hoyo negro con una masa gigantesco.
Antes de que la materia caiga dentro de un hoyo negro, se mueve en una especie
de pista en forma de espiral hacia el hoyo negro. En este proceso es calentada
a temperaturas extremas – y debido a estas energías de radiación fueron
descubiertos los quásares. Los quásares se formaron en el universo joven con
densas masa, huy se encuentran lejos de la Tierra – una prueba más de la teoría
del Big-bang. Los púlsares son los restos de una supernova de una estrella más pequeña,
que terminó como una estrella de neutrones. Debido a la densificación, gira en
forma muy rápida (cómo un patinador en el hielo que encoje sus brazos y que con
esto aumenta sui velocidad de giro) y su campo magnético emite señales pulsantes,
de ahí el nombre. Ya que las primeras estrellas eran lo suficientemente
grandes, para formar un hoyo negro, se encuentran presumiblemente en el centro
de todas las galaxias (que se formaron allí donde en los tiempos prístinos
había materia suficiente y que por esto se formaron las primeras. Objetos
masivos correspondientes se encuentran en el centro de nuestra vía láctea
estrellas). También en el centro de nuestra vía láctea se encuentra un hoyo
negro correspondiente y en nuestras galaxias vecinas Andrómeda también existe
comprobadamente un hoyo negro. En ambas galaxias alrededor del sospechado hoyo negro
central se encuentra una acumulación de estrellas jóvenes, que no se pueden explicar
satisfactoriamente, en realidad debido a la afluencia del hoyo negro allí no
deberían existir nubes de gas y polvo.
Pero
más sorprendente son otros descubrimientos.
La gravitación de toda la materia conocida en el universo no alcanza para
mantener unidos los cúmulos de galaxias. También esto indica, cómo en el
nacimiento de las primeras estrellas a la allí ya mencionada “materia oscura”. Este es invisible, de
ahí su nombre, pero puede ser observada de forma indirecta, La materia
oscura
hacer que la velocidad de rotación de
las galaxias, no se hace más lenta en su exterior, cómo se espera de acuerdo a
las leyes de Keppler, sino ser mantiene constante, ella curva al espacio-tiempo
y con esto distorsiona la luz de las galaxias que se encuentran detrás formando
arcos (“efecto de lentes gravitacionales”), de cuyo tamaño se puede deducir la
masa del “lente”. De este modo se pudo calcular, que la mayor parte del total
de la materia, es la materia oscura.
Cómo
esta estructurado la materia oscura y de que partículas elementales está compuesta
aun no se conoce. El descubrimiento lo esperan los físicos del súper acelerador
de hadrones LHC (Large Hadron Collidier)
del CERN (Conseil Européen pour Recherche
Nucléaire, la organización europea para la investigación nuclear) en Ginebra.-
A
esto se le agrega otro resultado: Mediciones del satélite WMAP sugieren, que la
expansión del universo se acelera. En realidad debido a la gravitación la expansión
se debería hacer más lenta; pareciera que existe una fuerza repulsora, – también
esta es totalmente desconocida y por esto se le llama “energía oscura”. Según los datos del WMAP, el universo se compone
de un 74 % de emergía oscura y 22 % de materia oscura, y sólo el 4% es materia
conocida. La energía oscura además tienen un interesante aspecto lateral: Con
ella Albert Einstein llega a su “constante cosmológica”, que representaría una fuerza
repulsora por él sospechada, y su “mayor burrada” podría transformarse en un
gran éxito.
Fuente:
http://www.oekosystem-erde.de
Traducido
del alemán por A. Gundelach con la gentil autorización de su autor el biólogo
Jürgen Paeger
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