El Universo Asombroso

¿Antimateria? Precisamente en el CERN, en un depósito de Ginebra se guarda una diminuta y terrible masa -si es que se pueden llamar así a estas partículas- cuya fuerza explosiva es cien veces más potente que la del uranio o la del plutonio. Se utiliza para realizar experimentos que aclaren el misterio del origen del Universo, entro otros muchos, y se llama Antimateria. Nuestra imaginación no descansa y, algunas veces consigue cosas que… ¡son difíciles de hallar en plena Naturaleza!

Si alguna vez visitas un mundo de antimateria… ¡No saludes a nadie!

Todos sabemos que un protón, cuando se encuentra con un antiprotón (materia con antimateria) ambos se destruyen. Así, en el Universo primitivo, ambas clases de materia estuvieron un tiempo eliminándose la una a la otra y, por una razón que aún no es bien comprendida, la materia era más abundante que la antimateria, así que, lo que ahora vemos es todo materia. Bueno, al menos así se cree que pasó, lo que no impide que exista en el Universo antimateria que, aunque se ha buscado, nunca se encontró fuera de los Laboratorios.

Sobre esta disparidad inicial se ha experimentado mucho, y, en uno de estos experimentos se ha demostrado una pequeña – pero significativa – diferencia de un 1 por ciento entre la cantidad de materia y antimateriaproducida, lo cual podría apuntar a cómo llegó a producirse nuestra existencia dominada por la materia.

La teoría actual, conocida como Modelo Estándarde la física de partículas, ha predicho alguna violación de la simetría de materia-antimateria, pero no lo suficiente para explicar cómo surgió nuestro universo, que consta mayormente de materia y apenas unas trazas de antimateria.

Perro, como antes he dicho, ha sido en el Laboratorio donde se ha conseguido aislar y no es la primera vez que el CERN nos sorprende creando átomos de antimateria. Ya en 1995 se produjeron artificialmente los primeros nueve átomos de antihidrógeno. Pero ahora el experimento ALPHA del CERN ha dado un paso adelante, produciendo y mateneniendo con más tiempo átomos de antimateria, como apareció publicado en un artículo en Nature.

Sigamos. Una vez destruidos todos los pares materia antimateria, quedó el sobrante de partículas positivas que es la materia de nuestro universo, La Bariónica que emite radiación electromagnética y está formada por Quarks y Leptones. La otra, esa que llamamos oscura, la dejaremos reposando allí donde se pueda encontrar (si se encuentra en alguna parte), toda vez que, de ella, no podemos decir mucho con cierta propiedad.

De esa manera se formaron, con esas partículas positivas y los electrones (hadrones -formados por Quarks- y leptones), se originaron grandes conglomerados de gas y polvo que giraban lentamente, fragmentándose en vórtices turbulentos que se condensaban finalmente en estrellas y mundos de donde, después de miles de millones de años… ¡hasta puede surgir la vida!

Estos conglomerados de gas y polvo podían tener extensiones de años luz de diámetro y, en algunas regiones donde la formación de estrellas fue muy activa, casi todo el polvo y el gas fue a parar a una estrella u otra. Poco o nada fue lo que quedo en los espacios intermedios. Esto es cierto para los cúmulos globulares, las galaxias elípticas y el núcleo central de las galaxias espirales.

Dicho proceso fue mucho más eficaz en las afueras de las galaxias espirales. Las estrellas se formaron en mayor número y, sus brazos, aparecen cuajados de azuladas y nuevas estrellas masivas que, con su radiante luminosidad ultravioleta, inundan grandes regiones que ionizan al gas y polvo que las circundan.

Mapa esquemático de la Vía Láctea. El brazo de Orión aparece señalado en marrón y el punto amarillo señala la posición del Sistema Solar. Nosotros, los habitantes del planeta Tierra, nos encontramos en los brazos espirales de nuestra galaxia, estamos situados en la periferia a unos 30.000 años luz del centro galáctico y vemos las manchas oscuras que proyectan las nubes de polvo contra el resplandor de la Vía Láctea. El centro de nuestra propia galaxia queda oscurecido por tales nubes.

Estas nubes enormes de polvo cósmico es el material primario del que hacen las estrellas. Este material del que está formado el universo consiste en su mayor parte, como se ha dicho anteriormente, de hidrógeno y helio.  Los átomos de helio no tienen ninguna tendencia a juntarse unos con otros.  Los de hidrógeno sí, pero sólo en parejas, formando moléculas de hidrógeno (H₂). Quiere decirse que la mayor parte del material que flota entre las estrellas consiste en pequeños átomos de helio o en pequeños átomos y moléculas de hidrógeno. Todo ello constituye el gas interestelar, que forma la mayor parte de la materia que circula en el universo entre las estrellas.

No pocas veces, los astrómomos han podido comprobar como en estas inmensas nubes surgen nuevas estrellas y mundos que forman sistemas solares nuevos. En esta tentadora imagen de arriba vemos nubes de polvo cósmico y las estrellas recién nacidas envueltas en ellas, brillando en longitudes de onda infrarrojas.  Estamos en una de las regiones de formación estelar más cercanas.

El polvo interestelar o polvo cósmico, que se halla presente en cantidades mucho más pequeñas, se compone de partículas diminutas, pero mucho más grandes que átomos o moléculas, y por tanto deben contener átomos que no son ni de hidrógeno ni de helio, son átomos de materiales más complejos.

El tipo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y el helio, es el de oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos oxidrilo (HO) y moléculas de agua (H₂O), que tienen una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren en el camino, de forma que poco a poco se van constituyendo pequeñísimas partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxidrilo y las moléculas de agua pueden llegar a constituir una parte importante del polvo cósmico.

La colorida región de formación de estrellas Rho Ophiuchi, a unos 400 años luz de la Tierra, contiene nubes de gas y polvo cósmicos muy frías (alrededor de -250 grados Celsius) y densas, donde nuevas estrellas están naciendo (Foto: Especial ESO/S. Guisard ). Un equipo internacional de astrónomos detectó por primera vez moléculas de peróxido de hidrógeno, comúnmente conocido como agua oxigenada, en el espacio interestelar. El descubrimiento ofrece pistas sobre el enlace químico entre dos moléculas esenciales para la vida: el agua y el oxígeno, reportó en un comunicado el Observatorio Europeo Austral (ESO).

En 1.965 se detectó por primera vez grupos oxidrilo en el espacio  y se comenzó a estudiar su distribución. Desde entonces se ha informado también de la existencia de moléculas más complejas que contienen átomos de carbono, así como de hidrógeno y oxígeno. El polvo cósmico contiene también agrupaciones atómicas formadas por átomos menos comunes y más complejos que los ya mencionados. Los materiales más pesados y complejos se fabrican en los hornos termonucleares, los núcleos de las estrellas, y cuando al final de su existencia como tales estrellas explotan en súper novas, estos materiales son lanzados al espacio a velocidades increíbles y siembra el vacío estelar de materiales complejos que más tarde sirven de material para formar nuevas estrellas de II generación.

En el espacio estelar se han detectado también átomos de calcio, sodio, potasio e hierro y otros muchos elementos observando la luz que esos átomos absorben. Hoy tenemos magnificos instrumentos de fabricación muy sofisticada con alta tecnología que utilizan los últimos adelantos en física e ingenieria, inclñuso la robótica nos ayuda a desvelar los misterios del Universo y lo que en él se contiene.

Cada día son menos las cosas presentes en el Universo que se nos escapan, y,  nos inventamos sofisticados instrumentos e ingenios que nos llevan lejos, muy lejos de la Tierra para poder “ver” lo que allí, en esas regiones perdidas del espacio se pueda encontrar para poder saber, lo que el Universo es. Sin embargo, nos queda una larga lista de cosas que aún ni sospechamos que puedan existir.

Una vez descartadas todas las fuentes conocidas posibles, Ragbir Bhathal ha dado a conocer su hallazgo. “La NASA utiliza láseres para comunicarse en el espacio, así que no es tan descabellado imaginar que una civilización extraterrestre podría usarlos también”, dice. Enviar una señal láser hacia una región en particular del espacio es tan sencillo que casi podríamos hacerlo hoy en día, agrega Paul Horowitz, profesor de física en la Universidad de Harvard. Por ejemplo, el láser NOVA del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (California), utilizado en experimentos de fisión nuclear, es capaz de producir más de mil millones de vatios de luz láser durante una pequeñísima fracción de segundo. Si reflejásemos ese haz en un espejo de 10 metros como el existente en el telescopio Keck de Hawai, podríamos emitir una luz 5.000 veces más brillante que el Sol hacia donde quisiéramos.

Es muy pronto aún para atribuir esta luz láser a una civilización extraterrestre. Pero SETI está trabajando en ello.

Dentro de nuestro sistema solar hay un material parecido al que más arriba mencionamos, aportado quizás por los cometas. Es posible que fuera de los límites visibles del sistema solar exista una conglomeración grande de cometas, y que algunos de ellos se precipiten hacia el Sol (atraídos por la gravedad). Los cometas son formaciones de fragmentos sólidos de metal y roca, unidos por una mezcla de hielo, metano y amoníaco congelados y otros materiales parecidos. Cada vez que un cometa se aproxima al Sol, se evapora parte de su materia, liberando diminutas partículas sólidas que se esparcen por el espacio en forma de larga cola. En última instancia, el cometa se desintegra por completo.

A lo largo de la historia del sistema solar se han desintegrado innumerables cometas y han llenado de polvo el espacio interior del sistema solar.  La Tierra recoge cada día miles de millones de partículas de polvo (“micrometeoroides”). Los científicos espaciales se interesan por ellas por diversas razones; una de ellas es que los micrometeoroides de mayor tamaño podrían suponer un peligro para los futuros astronautas y colonizadores de la Luna.

A diferencia de otros grandes interferómetros láser, el GEO600 reacciona de manera particularmente sensible a cierta clase de efectos, lo cual hasta ahora era visto como un inconveniente, pues constituía un obstáculo para muchas de las observaciones habituales, obligando a realizar ajustes de las lecturas.

El “ruido holográfico”, sin embargo, produce exactamente esa clase de efectos, por lo que, en este caso, la desventaja se convierte en una ventaja.

Hogan y los científicos del GEO600 están analizando si una señal específica del “ruido” en los datos grabados por el detector puede ser rastreada hasta alcanzar la granulosidad del espacio-tiempo. Los resultados teóricos relativos a la entropía de los agujeros negros llevan a concluir que el universo podría ser un inmenso holograma. Del estudio de las propiedades de los agujeros negros se han deducido los límites absolutos que acotan la información que cabe en una región del espacio. Teniendo en cuenta que esos límites dependen de la materia y energía contenida en ese espacio es asombroso que se pueda deducir un límite sin conocer ni siquiera , con absoluta certeza, el último componente de la materia ( se cree que los quarks y los electrones son excitaciones de supercuerdas que deben ser los entes fundamentales, pero no se descartan niveles más bajos).

La clave está en la entropía, en 1877 , Ludwing Boltzmann la caracterizó como el número de estados microscópicos distintos ( N) en los que pueden hallarse las partículas que componen un trozo de materia de forma que siga pareciendo el mismo trozo desde un punto de vista macroscópico. Un holograma es un objeto bidimensional que codifica toda la información que describe la imagen tridimensional. Nuestro Universo tridimensional podría estar codificado en una superficie que lo contiene, como una especie de inmenso holograma.

Todas estas noticias que nos llegan en aluvión desde los distintos Centros Especializados, hacen que, nos sumerjamos en los misterios y maravillas que encierra el universo, no puedo dejar de sorprenderme por sus complejas y bellas formaciones, la inmensidad, la diversidad, las fuerzas que están presentes, los objetos que lo pueblan, las transformaciones que continuamente cambian las cosas que evolucionan llevadas de la mano del tiempo.

Pensemos por ejemplo que un átomo tiene aproximadamente 10^-8 centímetros de diámetros. En los sólidos y líquidos ordinarios los átomos están muy juntos, casi en contacto mutuo. La densidad de los sólidos y líquidos ordinarios depende por tanto del tamaño exacto de los átomos, del grado de empaquetamiento y del peso de los distintos átomos.

De los sólidos ordinarios, el menos denso es el hidrógeno solidificado, con una densidad de 0’076 gramos por cm³. El más denso es un metal raro, el osmio, con una densidad de 22’48 gramos/cm³.

Si los átomos fuesen bolas macizas e incompresibles, el osmio sería el material más denso posible, y un centímetro cúbico de materia jamás podría pesar ni un kilogramo, y mucho menos toneladas.

Pero los átomos no son macizos. El físico neozelandés experimentador por excelencia, Ernest Rutherford, demostró en 1.909 que los átomos eran en su mayor parte espacio vacío. La corteza exterior de los átomos contiene sólo electrones ligerísimos, mientras que el 99’9% de la masa del átomo está concentrada en una estructura diminuta situada en el centro: el núcleo atómico.

El núcleo atómico tiene un diámetro de unos 10^-15 cm (aproximadamente 1/100.000 del propio átomo). Si los átomos de una esfera de materia se pudieran estrujar hasta el punto de desplazar todos los electrones y dejar a los núcleos atómicos en contacto mutuo, el diámetro de la esfera disminuiría hasta un nivel de 1/100.000 de su tamaño original.

              En los sólidos y líquidos ordinarios los átomos están muy juntos

El calor y la presión que reinan en el centro de las estrellas rompen la estructura atómica y permiten que los núcleos atómicos empiecen a empaquetarse unos junto a otros. Las densidades en el centro del Sol son mucho más altas que la del osmio, pero como los núcleos atómicos se mueven de un lado a otros sin impedimento alguno, el material sigue siendo un gas.  Hay estrellas que se componen casi por entero de tales átomos destrozados.  La compañera de la estrella Sirio es una “enana blanca” no mayor que el planeta Urano, y sin embargo tiene una masa parecida a la del Sol.

Los núcleos atómicos se componen de protones y neutrones. Ya hemos dicho antes que todos los protones tienen carga eléctrica positiva y se repelen entre sí, de modo que en un lugar dado no se pueden reunir más de un centenar de ellos. Los neutrones, por el contrario, no tienen carga eléctrica y en condiciones adecuadas pueden estar juntos y empaquetados un enorme número de ellos para formar una “estrella de neutrones”. Los púlsares, según se cree, son estrellas de neutrones en rápida rotación.

Estas estrellas se forman cuando las estrellas de 2 – 3 masas solares, agotado el combustible nuclear, no pueden continuar fusionando el hidrógeno en helio, el helio en oxígeno, el oxigeno en carbono, etc, y explotan en supernovas. Las capas exteriores se volatilizan y son expulsados al espacio; el resto de la estrella (su mayor parte), al quedar a merced de la fuerza gravitatoria, es literalmente aplastada bajo su propio peso hasta tal punto que los electrones se funden con los protones y se forman neutrones que se comprimen de manera increíble hasta que se degeneran y emiten una fuerza que contrarresta la gravedad, quedándose estabilizada como estrella de neutrones.

           El Sol que hace posible la vida en la Tierra gracias a su luz y su calor

Aquí hemos explicado muchas veces que, la radiación del Sol proviene de la fusión del hidrógeno en helio. Para producir la radiación vertida por el sol se necesita una cantidad ingente de fusión: cada segundo tienen que fusionarse 4.654.600. toneladas de hidrógeno en 4.650.000. toneladas de helio  (las 4.600toneladas restantes se convierten en energía de radiación y las pierde el Sol para siempre. La ínfima porción de esta energía que incide sobre la Tierra basta para mantener toda la vida en nuestro planeta).

Nadie diría que con este consumo tan alto de hidrógeno por segundo, el Sol pudiera durar mucho tiempo, pero es que ese cálculo no tiene encuenta el enorme tamaño del Sol. Su masa totaliza 2.200.000.000.000.000. 000.000.000.000 (más de dos mil cuatrillones) de toneladas. Un 53% de esta masa es hidrógeno, lo cual significa que el Sol contiene en la actualidad una cantidad de 1.166.000.000.000.000.000.0000.0000.000 toneladas.

Para completar datos diré que el resto de la masa del Sol es casi todo helio. Menos del 0’1 por 100 de su masa está constituido por átomos más complicados que el helio. El helio es más compacto que el hidrógeno. En condiciones idénticas, un número dado de átomos de helio tiene una masa cuatro veces mayor el mismo número de átomos de hidrógeno. O dicho de otra manera: una masa dada de helio ocupa menos espacio que la misma masa de hidrógeno. En función del volumen – el espacio ocupado -, el Sol es hidrógeno en un 80 por ciento.

Si suponemos que el Sol fue en origen todo hidrógeno, que siempre ha convertido hidrógeno en helio al ritmo dicho de 4.654.600  de toneladas  por segundo y que lo seguirá haciendo hasta el final, se calcula que ha estado radiando desde hace unos 4.000 millones de años y que seguirá haciéndolo durante otros cinco mil millones de años más.

Como delicados pétalos cósmicos, esta nube de gas y polvo interestelar floreció a 1.300 años-luz de distancia, en los fecundos campos de estrellas de la constelación de Cefeo (Cepheus). Llamada a veces la Nebulosa del Lirio, NGC 7023, podría muy bien ser una estampa repetitiva del nacimioento de nuestro propio Sol. Ahí, en el centro, vemos como comienza a brillar la protoestrella que nace.

Pero las cosas no son tan simples. El Sol es una estrella de segunda (o tercera genera) generación, constituida a partir de gas y polvo cósmico desperdigado por estrellas que se habían quemado y explotado miles de millones de años atrás.  Así pues, la materia prima del Sol contenía ya mucho helio desde el principio, lo que nos lleva a pensar que el final puede estar algo más cercano.

Por otra parte, el Sol no continuará radiando exactamente al mismo ritmo que ahora. El hidrógeno y el helio no están perfectamente entremezclados. El helio está concentrado en el núcleo central y la reacción de fusión se produce en la superficie del núcleo. ¿Cómo hemos sido capaces de llegar a saber todo eso?

Cuestiones como las de un simple eclipse solar, llamaron la atención de antiguas civilizaciones en la Antigüedad que le dieron el significado al que podían llegar sus mentes menos evolucionadas que las nuestras que, ahora sí, podemos darle una explicación del por qué de ese fenómeno natural.

La Luna tiene un radio de 1736,6 km y gira alrededor de la Tierra a una distancia media de 384.403 km (60,27 radios ecuatoriales de la Tierra). La altura del cono de sombra es de 1.384.584 km (217 radios ecuatoriales) que es mayor que la distancia de la Luna a la Tierra, por lo que se producen eclipses.

Para un astronauta que estuviera situado sobre la superficie de la Luna, un eclipse penumbral sería un eclipse parcial de Sol. Análogamente, si el astronauta se encontrara dentro del cono de sombra de la Tierra no podría ver el Sol; para él se estaría produciendo un eclipse total de Sol.

La atmósfera terrestre tiene una influencia vital en los eclipses. Si la atmósfera no existiese, en cada eclipse total de Luna ésta desaparecería completamente (cosa que sabemos que no ocurre). La Luna totalmente eclipsada adquiere un color rojizo característico debido a la luz refractada por la atmósfera de la Tierra. Para medir el grado de oscurecimiento de los eclipses lunares se emplea la escala de Danjon.

La sombra tiene un tamaño de 4607 km y como el radio de la Luna es 1736,6 km resulta que el radio de la sombra es 2,65 veces el radio de la Luna por lo que dentro de la sombra caben casi 3 lunas.

Según los estudios realizados y considerando los valores extremos de los anteriores resulta que la distancia de la Luna a la Tierra variará en nuestro siglo en 50.337 km como máximo, cantidad importante que supone unos 4 minutos de arco para el diámetro angular lunar, en más o en menos, un 8% del diámetro angular medio de nuestro satélite.

Es cierto que cada día, tomamos nuevos riesgos en busca del saber e instalamos ingenios tecnológicos espaciales que nos dicen lo que ahí fuera está pasando, e, incluso, enviamos a seres humanos que, con trajes especiales (no del todo adecuados) llevan a cabo trabajos necesarios de mantenimiento, laboratorio, mediciones, etc.

En su sentido más general, un cosmos es un sistema ordenado o armonioso. Se origina del termino griego “κόσμος”, que significa orden u ornamentos, y es la antítesis del caos. Hoy la palabra suele utilizar como sinónimo de universo (considerando el orden que éste posee). Las palabras cosméticos y cosmetología tienen el mismo origen. El estudio del cosmos (desde cualquier punto de vista) se llama cosmología. Cuando esta palabra se usa como término absoluto, significa todo lo que existe, incluyendo lo que se ha descubierto y lo que no.

Se dice que Pitágoras fue el primer filósofo en aplicar el término cosmos al Universo, tal vez por el orden del firmamento estrellado. El cosmismo ruso es una filosofía cosmocéntrica y movimiento cultural que surgió en Rusia a principios del siglo XX. Además, cosmos significa “organización en el universo”. En teología, el término cosmos puede usarse para denotar la creación del universo, sin incluir a Dios. La Septuaginta usa tanto Kosmos y oikumene para los núcleos habitados del mundo. En la teología cristiana, la palabra también se utiliza como sinónimo de aion para referirse a la “vida mundana” o “este mundo”, contrario al más allá.

emilio silvera

Además de las propias, las fuentes son variadas pero, Asimov está presente.