Pero, ¿qué estoy haciendo? El Big Bang

Hablaremos Big Bang, esa teoría aceptada por todos y que nos dice cómo se formó nuestro universo y comenzó su evolución hasta ser como ahora lo conocemos. De acuerdo a esta teoría, el universo se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces ha estado siempre expandiéndose. La teoría de la relatividad general predice la existencia de una singularidad en el comienzo, 

La mayoría de los cosmólogos interpretan singularidad como una indicación de que la relatividad general de Einstein deja de ser válida en el universo muy primitivo (no existía materia), y el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría de cosmología cuántica.

El tiempo de Planck es una unidad de tiempo considerada como el intervalo temporal más pequeño que tiempo de Planck representa el instante de tiempo más antiguo en el que las leyes de la física pueden ser utilizadas para estudiar la naturaleza y evolución del Universo. Se determina como combinación de otras constantes físicas en la  5.39124(27) × 10⁻⁴³ segundos

Llegados a 

Una buena vela encendida no es suficiente Big Bang”. Sin embargo…La esperanza es lo último que se pierde, y, aunque los físicos cuando tratan de exponer con sus matemáticas aquellos hechos primeros, las primeras fracciones del primer segundo del Big Bang, se ven imposibilitados…Esperamos que, más adelante, en el futuro lejano, podamos entrar en ese Tiempo de Planck Big Bang, cuando la temperatura era de 10¹³ K. Utilizando una teoría más especulativa, los cosmólogos han intentado llevar el modelo singularidad, cuando la temperatura era de 10²⁸ K. Esa infinitesimal escala de longitud es conocida 

La teoría del Big Bang es capaz de explicar la expansión del universo, la existencia de una radiación de fondo cósmica y la abundancia de núcleos ligeros como el helio, el helio-3, el deuterio y el litio-7, cuya formación se predice que ocurrió alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura reinante era de 10¹⁰ K.

La radiación de fondo cósmica proporciona la evidencia más directa de que el universo atravesó por una fase caliente y densa. En la teoría del Big Bang, la radiación de fondo es explicada por el hecho de que plasma que era opaco a la radiación y, por tanto, en equilibrio térmico con ella. 

Como nadie estuvo allí para tomar una fotografía de la gran explosión, ponemos una que quiere figurar aquel momento que, Big Bang y su rival, la teoría del universo estacionario de F. Hoyle y otros, que no podía explicar la Big Bang tuvo inicialmente un sentido burlesco y fue acuñado por Hoyle, contrario a la teoría del universo inflacionario y defensor del estacionario.

Para fijar más claramente los hechos se debe extender la explicación evolutiva del universo en las fases principales que son:

Las que salieron de ese clima de enormes temperaturas Era de Planck:

En cosmología, la época de Planck es el más temprano período de Tiempo en la historia del universo, entre cero y 10⁻⁴³ segundos (como antes decía, un tiempo de Planck), durante el cual las cuatro fuerzas (nucleares fuerte y débil, electromagnética y gravitatoria, estaban unificadas en una sola fuerza y aún, no existían las partículas elementales que más tarde surgirían para formar la materia.

Es la era que se inició con el surgir de la materia,  cuando el efecto gravitacional de la materia primera comenzó a dominar sobre el efecto de presión de radiación. Aunque la radiación es no masiva, tiene un efecto gravitacional que aumenta con la intensidad de la radiación. Es más, a altas energías, la propia materia se comporta como la radiación electromagnética, ya que se mueve a velocidades próximas a la de la luz. En las etapas muy antíguas del universo, el ritmo de expansión se encontraba dominado por el efecto gravitacional de la presión de radiación, pero a medida que el universo se enfrió, Big Bang. Este hecho marcó el comienzo de la era de la materia.

De la radiación

Periodo Big Bang. 

Corto periodo de tiempo Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones y kaones entre otras. Antes del comienzo de la era hadrónica, los quarks se comportaban como partículas libres. El proceso por el que se formaron los quarks se denomina transición de fase quark-hadrón. Al final de la era hadrónica, todas las demás especies hadrónicas habían decaído o se habían desintegrado, dejando sólo protones o neutrones. Inmediatamente después de esto el universo entró en la era leptónica.

Era Leptónica

Intervalo que comenzó unos 10^-5 s después del Big Bang, en el que diversos tipos de leptones eran la principal contribución a la densidad del universo. Se crearon pares de leptones y antileptones en gran Big Bang. Después, los leptones se unieron a los hadrones singularidad que explotó expandiendo toda la densidad y energía a unas temperaturas terroríficas, y a partir de ese mismo instante conocido como Big Bang, nacieron, como hermanos gemelos, el tiempo y el espacio junto con la materia que finalmente desembocó en lo que 

El universo es el conjunto de todo lo que existe, incluyendo (como he dicho) el espacio, el tiempo y la materia.  El estudio del universo se conoce como cosmología. Los cosmólogos distinguen al Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría física como por ejemplo, el universo de Friedmann o el universo de Einstein-de Sitter. El universo real está constituido en su mayoría de espacios que aparentemente están vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas, planetas, gases y otros objetos cosmológicos.

El universo se está expandiendo, de manera que el espacio materia oscura invisible que Big Bang, de acuerdo con la cual el universo se creó a partir de una densa y caliente concentración enorme de materia (una singularidad) en una bola de fuego que explotó y se expandió para crear el espacio, el tiempo y toda la materia que lo conforme. Todo ello ocurrió, según los 

El universo se formó y apareció el tiempo y el espacio y la materia. Es lo que dice la teoría que antes hemos descrito. Sin embargo, hay muchas cuestiones que, por lo 

Podemos calcular que hay unas 100.000.000.000 de galaxias en el universo. Cada una de estas galaxias 

Ilustración del universo observable con el Sistema Solar en el centro, los planetas interiores, el cinturón de Asteroides, los planetas exteriores, el cinturón de Kuiper, la nube de Oort, Alfa Centauri, el brazo de Perseo, la Via Láctea, Andrómeda y las galaxias cercanas, la telaraña cósmica de cúmulos galácticos, la radiación de fondo de microondas y el Big Bang en el borde. Sobre la masa total del universo, estos son los cálculos actuales que, deben ser confirmados:  en el universo hay materia suficiente para hacer 10.000.000.000.000.000.000.000 (diez mil trillones) de soles como el nuestro.

La masa del Sol es de 2×10³³ gramos. Esto significa que la cantidad total de materia en el universo tiene una masa de: 10²²×2×10³³ ó  2×10⁵⁵ gramos. Lo que podemos reseñar: 20.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000, que es igual a veinte nonillones.

Imagen: (las magnitudes en la imagen deben desplazar el punto decimal una posición a la izquierda) que explica la diferencia sobre el dato de la edad del universo (1.37×10¹⁰ años luz) en comparación a la estimación sobre el radio actual del universo observable (4.65×10¹⁰ años luz). La explicación de tal sería que al mirar la radiación de fondo y las galaxias más lejanas se observa el pasado con una mayor densidad de materia por centímetro cúbico del universo.

A pesar de su ínfima dimensión, los nucleones conformados por tripletes de quarks (protones y neutrones),  se unen a los electrones nucleones que contiene. Los nucleones son partículas diminutas y hacen falta 6×10²³ de ellas para formar una masa equivalente a un gramo.

Pues nucleones hacen 1 g, y si hay 2×10⁵⁵ g en el universo, entonces el nucleones en el universo podría ser de 6×10²³×2×10⁵⁵ ó 12×10⁷⁸, que de manera más convencional se escribiría 1,2×10⁷⁹.

Eddintong

En uno de mis trabajos que se titulaba los grandes números del Universo, se habló de como Arthur Stanley Eddington, un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares. También  hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de las galaxias, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de la expedición que durante un eclipse de Sol, pudo confirmar con certeza la predicción de la relatividad general que debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1’75 segundos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, cuyo espacio estaría curvado debido a la gravedad generada por la masa del Sol. En aquella expedición, el equipo de Eddington hizo una exitosa medición del fenómeno desde la isla Príncipe, que confirmó que Einstein tenía razón y que su teoría predecía de manera exacta la medida de curvatura del espacio en función de la masa del objeto estelar que genera la gravitación distorsionando el espaciotiempo a su alrededor.

Einstein, Lorentz, Eddington, Weyl y la relatividad general

Entre los números que Eddington consideraba de importancia primordial estaba al que ahora conocemos como número de Eddington, que es igual al número de protones en el universo visible. Eddington calculó (a mano) este número con enorme precisión en un crucero trasatlántico, sentado en cubierta, con libreta y lápiz en la mano, tras calcular concienzudamente durante un tiempo, finalizó escribiendo:

“Creo que el Universo hay:

 

15.747.724.136.275.002.577.605.653.961.181.555.468.044.717.914.527.116.709.366.231.425.076.185.631.031.296

de protones y el mismo número de electrones”.

 

Este número enorme, normalmente escrito N_Edd, es aproximadamente igual a 10⁸⁰.  Lo que atrajo la atención de Eddington hacia él era el hecho de que debe ser un número entero, y por eso en principio puede ser calculado exactamente.

Los astrónomos opinan que el 90 por 100 de los átomos de universo son hidrógeno, el 9 por 100 helio y el 1 por 100 elementos más complejos.  Una muestra de 100 gramos, o mejor 100 átomos, consistiría entonces en 90 átomos de hidrógeno, 9 de helio y 1 de oxígeno (por ejemplo). Los núcleos de los átomos de hidrógeno contendrían 1 nucleón protón. Los núcleos de los átomos de helio contendrían 4 nucleones cada uno: 2 protones y 2 neutrones. El núcleo del átomo de oxígeno contendría 16 nucleones: 8 protones y 8 neutrones. Los 100 átomos juntos contendrían, por tanto, 145 nucleones: 116 protones y 26 neutrones.

Existe una diferencia nucleones. El neutrón no tiene carga eléctrica y no es preciso considerar ninguna partícula que lo acompañe. Pero el protón tiene una carga eléctrica positiva, y como el universo es, según creemos, eléctricamente neutro en su conjunto, tiene que existir un electrón(con carga eléctrica negativa) por cada protón, creando así el equilibrio existente.

De nucleones hay 116 electrones (protones). Para mantener la proporción, los 1’2×10⁷⁹ nucleones del universo tienen que ir acompañados de 1×10⁷⁸electrones. Sumando los nucleones y electrones, tenemos un 

La grandeza de nuestro Universo tiene su origen en las minúsculas partículas que conforman la materia, en las interacciones fundamentales que rigen las leyes y, enlas constantes universales que indican cómo deben ser las cosas: la velocidad de la luz, la masa del electrón, la constante de estructura fina…

De las demás partículas, las únicas que existen en cantidades importantes en el universo son los fotones, los neutrinos y posiblemente los gravitones, pero son partículas sin masa. Veintidós tredecillones es, después de todo, un número apreciable para un universo de importancia.

Si no se explican estas imágenes… ¿quién podría decir lo que cada una de ellas es?

Una historia que circula por Internet desde hace muchos años fotones que sería atravesado dos veces por el Sol en cada órbita, tardando cada vez 2000 años. Durante estos 2.000 años nuestro planeta estará continuamente bajo una iluminación omnidireccional permanente, que no producirá sombras. Los efectos de esta radiación fotónica serían 

El día que lleguemos a saber lo que encierran los fotones…nos podemos llevar una gran sorpresa

“La respuesta podía estar en la existencia de “energía negativa” que igualara la “energía positiva” ordinaria, pero con la particularidad de que cantidades iguales de ambos se unirían para dar nada como resultado”

¿Qué sabemos del vacío?

En realidad todo podría ser muy simple, tanto que + 1 – 1 = 0

Diversas fuentes y pesquisas han podido lograr que el presente trabajo vea la luz y sea publicado aquí.

emilio silvera

[?]

La galaxia anular de Hoag (A1515+2146) es un anillo de materia con estrellas jóvenes y azuladas que rodea a una galaxia esferoidal central sin traza de ninguna barra que conecte ambas, aunque como tienen el mismo corrimiento al rojo, deben estar a la misma distancia y deben estar relacionados entre sí. Las teorías actuales de formación galáctica permiten la formación de una galaxia anular siempre y cuando tenga una barra central. Se ha propuesto en el caso del objeto de Hoag que dicha barra se ha disuelto. Hay muchas galaxias anulares con anillos polares como NGC 6028 (que sí tiene una barra central) y UGC 6614 (ver más abajo, aunque no son imágenes tan detalladas como la del Telescopio Espacial Hubble).

Las azuladas estrellas orbitan alrededor del núcleo central de la Galaxia como si de un carrusel cósmico se tratara. En esa imagen que vemos las estrellas jóvenes emiten radiación ultravioleta que ioniza el material circundante de las nebulosas de las que surgieron, allá en la lejanía y ocultos por la inmensa imfinitud de mundos y otros exóticos objetos que en la imagen captada por el Hubble no podemos ver.

                          Remanente de Supernova

Imagen de la galaxia compacta azul con formación estelar IIZw71 y espectro de la región central con la identificación de las lineas de emisión de neón y argón.

Existen Galaxias con bajo brillo superficial (LSB): Tipo de galaxia cuya densidad de estrellas es tan baja que es difícil detectarla frente al fondo del cielo. Se desconoce la proporción de galaxias con bajo brillo superficial en relación a las galaxias normales, pudiendo representar una parte significativa del universo. Muchas de estas débiles galaxias son enanas, situadas particularmente en cúmulos de galaxias; algunas son tan masivas como las grandes espirales, por ejemplo, Malin-1.

Galaxia con envoltura: Galaxia espiral rodeada por débiles arcos o capas de estrellas, situados a ángulos rectos con respecto a su eje mayor.  Pueden observarse entre una y veinte capas casi concéntricas, aunque incompletas. Se disponen de manera que capas sucesivas puedan aparecer normalmente en lados opuestos de la galaxia. Alrededor del 10% de las elípticas brillantes presentan envolturas, la mayoría de ellas en regiones de baja intensidad o densidad de galaxias. No se conoce ninguna espiral con una estructura de capas de ese tipo. Podrían ser el resultado de una elíptica gigante que se come una compañera.

Esta burbuja, fotografiada y examinada conjuntamente por la NASA y la ESA, entre 2006 y 2010, parece flotar sin actividad, pero lo cierto es que vivió un pasado convulso. Dicha envoltura gaseosa se formó después de una explosión estelar. Se conoce por el nombre de SNR B0509-67.5 y tiene un diámetro de 23 años luz (cuatro veces la distancia que nos separa de la estrella más cercana: Próxima Centaury).

Galaxia de anillo polar: Raro tipo de galaxia, casi siempre una galaxia lenticular, que tiene un anillo luminoso de estrellas, gas y polvo orbitando sobre los polos de su disco. Por tanto, los ejes de rotación del anillo y del disco forman casi un ángulo recto. Dicho sistema puede ser el resultado de una colisión, una captura de por maneras, o la unión de una galaxia rica en gas con la galaxia lenticular.

Hay un artículo muy interesante que propone analiza en detalle una galaxia con anillo polar y presenta una explicación bastante coherente y que a mí me parece bastante natural. Se trataría de galaxias tipo SBa(R) en la que los dos brazos espirales se han unido hasta confundirse en un anillo y el bulbo y la gran barra central han evolucionado hasta formar una galaxia de tipo S0 central. La explicación me gusta porque no alude a colisiones galácticas, para las que uno esperaría un resultado mucho menos simétrico, ni a dinámicas gravitatorias exóticas. Por supuesto, queda por clarificar por qué la conexión entre la barra central y el anillo se ha perdido.

Hay Galaxias de disco: Tipo de galaxia cuya estructura principal es un delgado disco de estrellas con órbitas aproximadamente circulares alrededor de su centro, y cuya emisión de luz típicamente disminuye exponencialmente con el radio. El término se aplica a todos los tipos de galaxias que no sean elípticas, esferoidales enanas o algunas galaxias peculiares. El disco de las galaxias lenticulares contiene muy poco material interestelar, mientras que los discos de las galaxias espirales e irregulares contienen cantidades considerables de gas y polvo además de estrellas.

                                                       La brillante galaxia NGC 362

Galaxia de tipo tardío: Galaxia espiral o irregular. El nombre proviene de la posición convencional de estas galaxias en el diagrama diapasón de los tipos de galaxias. Por razones similares, una galaxia espiral Sc o Sd pueden ser denominadas espiral del tipo tardío, en contraposición a una espiral Sa o Sb de tipo temprano.

Galaxia de tipo temprano: Galaxia elíptica o lenticular: una sin brazos espirales. El hombre proviene de la posición de las galaxias en el diagrama diapasón de las formas de las galaxias. Por razones similares, una galaxia Sa podría ser referida como una espiral de tipo temprano, en contraposición a una espiral Sc o Sd de tipo tardío.

Se podría continuar explicando lo que es una galaxia elíptica, enana, compacta azul, esferoidal enana, espiral (como la Vía Láctea), espiral enésima, espiral barrada, interaccionante, irregular, lenticular, peculiar, starburst, primordiales… etc, sin embargo, creo que ya se ha dejado constancia aquí de los datos necesarios para el que lector tenga una idea de lo que es una galaxia. Así que decido finalizar el apartado de galaxias, reflejando un cuadro del Grupo Local de galaxias en el que está situada la nuestra.

En todas estas galaxias que arriba podemos contemplar, existen estrellas binarias de cuyo estudio obtenemos datos fascinantes y podemos llegar a conocer mejor la denámica del Universo. Ejemplo de una estrella binaria, donde dos cuerpos con masa similar orbitan alrededor de un centro de masa en órbitas elípticas.

Ejemplo de una estrella binaria, en donde dos cuerpos con una pequeña diferencia de masa orbitan alrededor de un centro de masa.

Binarias astrométricas: En este tipo de sistemas dobles sólo es visible un componente de la estrella. Se detectan que son binarias gracias al “tirón” gravitatorio ejercido por su compañera invisible. Esto produce un movimiento oscilatorio respecto al fondo de estrellas fijas que puede ser medido por técnicas de paralaje si está lo suficientemente cerca, ya que este tipo de cálculos se realiza en estrellas aproximadamente entre los 10 parsecs, a distancias menores el ángulo de paralaje no existe o es tan pequeño, que los cálculos no se pueden realizar. Como las binarias visuales, las astrométricas requieren prolongados períodos de observación.

Hemos creado modelos del origen del Universo que están muy extendidos al coincidir sus predicciones con la observación. Así de momento hemos aceptado que en su inicio el Universo era algo extremadamente denso y de infinita energía que, al explosionar, se expandió y de la radiación intensa se paso la era de las partículas y más tarde, al enfriarse paulatinamente, a la de la materia para que comenzara, millones de años más tarde, a formarse las primeras estrellas. Se liberaron los fotones y el Universo se hizo transparente, es decri, se hizo la luz.

La Radiación del fondo de microondas ha venido a corroborar tal teoría del Big Bang.  la densidad y temperatura de la materia y la radiación en el Universo decrecieron continuamente a medida que el Universo se expandía. Esta expansión puede continuar para siempre o puede un día invertirse en un estado de contracción, volviendo a pasar por condiciones de densidad y temperaturas cada vez mayores hasta llegar al Big Crunch en un tiempo finito de nuestro futuro. Este escenario evolutivo tiene la característica clave de que las condiciones físicas en el pasado del Universo no eran las mismas que las actuales o las futuras. Hubo épocas en que la vida no podía existir porque había demasiado calor para los átomos; hubo épocas previas a las estrellas y habrá un tiempo en el que todas las estrellas hayan muerto. En este escenario hay un intervalo preferido de la historia cósmica durante el que es más probable que los observadores evolucionen por primera vez y hagan sus observaciones del Universo.

Todo eso, si es que realmente fue así, también implicaba que hubo un comienzo para Universo, un tiempo pasado antes del cuál éste (el propio tiempo) no existía, pero no decía nada al respecto de el por qué o al dónde de este comienzo. Todo quedaba oculto en el más profundo de los misterios y, nadie ha podido llegar a ese tiempo que marca la frontera que está situada en esa fracción de segundo, más allá del tiempo de Planck, en el cual los cosmólogos, para tapar su ignorancia, han puesto una singularidad lo mismo que ahora han colocado la materia oscura para explicar la expansión.

El Universo estacionario sostiene que el Universo nunca tuvo un origen, sino que siempre existió de la misma manera como lo conocemos hoy.

El escenario alternativo creado por Bondi, Gold y Hoyle estaba motivado en parte por un deseo de evitar la necesidad de un principio (o un posible final) del Universo. Su otro objetivo era crear un escenario cosmológico que pareciera de promedio siempre el mismo, de modo que no hubiera instantes privilegiados en la historia cósmica.

El gráfico de abajo indica la velocidad de alejamiento de las galaxias en función de sus distancias. La pendiente de la recta de “La constante de Hubble”

Horizontalmente: la medida de la distancia es proporcionada por la luminosidad de las galaxias más brillantes de diferentes grupos. Verticalmente: velocidades en Km. por segundo. Las diferentes curvas describen la relación velocidad distancia en función de la densidad supuesta del universo (en unidades de densidad crítica). Cuanto más denso es el universo, tanto más a la izquierda se sitúa la curva en el dibujo. La comparación con los puntos observados muestra que la densidad real es tres veces inferior a la densidad crítica. La cuirva más baja es la esperada en un universo estacionario.

Claro que dicho escenario, al principio parece imposible de conseguir. Después de todo, el Universo se está expandiendo. Está cambiando, de modo que, ¿cómo puede hacerse invariable? La visión de Hoyle era la de un río que fluye constantemente, siempre en movimiento pero siempre igual. Para que el universo presente la misma densidad media de materia y el mismo ritmo de expansión, independientemente de cuándo sea observado, la densidad debería ser constante.

La que se pierde en las estrellas que eyectan al Espacio Interestelar en forma de luz y calor, es suplida por otra nueva utilizando la sustancia cósmica que es la semilla de la materia.

Él propuso que, en lugar de nacer en un instante pasado, la materia del universo se creaba continuamente a un ritmo que compensaba exactamente la tendencia a que la densidad sea diluida por la expansión. Este mecanismo de “creación continua” sólo tenía que ocurrir muy lentamente para conseguir una densidad constante; sólo se requería aproximadamente un átomo por metro cúbico cada diez mil millones de años y ningún experimento ni observación astronómica sería capaz de detectar un efecto tan pequeño.

Esta teoría del “estado estacionario” del Universo hacía predicciones muy precisas. El Universo parecía el mismo de promedio en todo momento. No había hitos especiales en la historia cósmica: Ningún “principio”,  ningún “final”, ningún momento en que empezaran a formarse las estrellas o en el que la vida se hiciera posible por primera vez en el Universo. Claro que, finalmente, esta teoría quedó descartada por una serie de observaciones iniciadas a mediados de la década de 1950 que mostraba en primer lugar que la población de galaxias que eran emisores profusos de radio-ondas variaba significativamente a medida que el Universo envejecía.

La culminación de todo aquello llegó cuando en el año 1965 se descubrió la radiación térmica residual del comienzo caliente predicho por los modelos del Big Bang. Esta radiación de fondo de microondas no tenía lugar en el Universo en estado estacionario. Durante veinte años los astrónomos trataron de encontrar pruebas que dijeran si realmente el universo estaba realmente en el estado estacionario que propusieron Bondi, Gold y Hoyle.

Un sencillo argumento antrópico podría haber demostrado lo poco posible que sería ese estado de cosas. Si uno mide el ritmo de expansión del Universo, da un tiempo durante el que el Universo parece haber estado expandiéndose. En un Universo Big Bang éste es realmente el tiempo transcurrido desde que empezó la expansión: la edad del Universo. En la teoría del estado estacionario no hay principio y el ritmo de expansión es tan sólo el ritmo de expansión y nada más.

Las primeras estrellas se formaron millones de años después del (supuesto) big bang. Eran enormes, pesadas, y muy calientes. Brillaron con furia, vivieron rápido y murieron jóvenes. Fueron las responsables de la creación de los primeros agujeros negros en el Universo y también, de la creación de los primeros elementos pesados y más complejos que el hidrógeno y el Helio.

En una teoría del Big Bang, el hecho de que la edad de expansión sea sólo ligeramente mayor que la edad de las estrellas es una situación natural. Las estrellas se formaron en nuestro pasado y por ello deberíamos esperar encontrarnos en la escena cósmica una vez formadas, dado que, los elementos necesarios para la vida, se forjaron en los hornos nucleares de las estrellas calientes que fusionaron aquella primera materia más simple en otras más complejas.

Se necesita mucho tiempo para que las estrellas fabriquen Carbono a partir de gases inertes como el Hidrógeno y el Helio. Pero no basta con el tiempo. La reacción nuclear específica que se necesita para hacer Carbono es una reacción bastante improbable. Requiere que se junten tres núcleos de Helio para fusionarse en un único núcleo de Carbono. Los núcleos de Helio se llaman partículas alfa, y esta reacción clave para formar Carbono ha sido bautizada como el proceso “triple alfa”.

Precisamente fue Fred Hoyle el que descubrió todo aquel complejo proceso de fabricación de Carbono en las estrellas. Él se unió a un grupo de investigadoresque estaban trabajando sobre la cuestión de la relativa abundancia de elementos en las superficies de las estrellas. En conjunto, estructuraron un exhaustivo estudio de los elementos que se acumulan en los núcleos estelares. En un denso trabajo que publicaron en Octubre de 1957 en Review of Modem Physics, bajo el título de “Síntesis de los elementos de las estrellas”, lograron explicar la abundancia de practicamente todos los sótopos de los elementos desde el Hidrógeno hasta el Uranio.

Descubrieron que las estrellas, en la medida que van gastando su combustible nuclear, transmutan el Hidrógeno en Helio; el Helio a Carbono y Oxígeno; y así sucesivamente, subiendo hasta llegar hasta los más pesados de la Tabla Periódica. En las explosiones de las supernovas se crean mucho de los elementos más pesados, incluidos el platino, el oro y el uranio. El trabajo que fue un inmenso logro científico, no sólo explicó la síntesis de todos los elementos más allá del Hidrógeno, sino que predijo su formación exactamente en las mismas proporciones que ocurrían en el Universo. Pero quedó por explicar la cuestión del Hidrógeno: Cómo se genera el combustible inicial de las estrellas.

Así, en las estrellas podemos encontrar muchas respuestas de cómo se forman los elementos que conocemos. Primero fue en el hipotético big bang donde se formaron los elementos más simples: El Hidrógeno (que nunca hemos podido llegar a saber cómo se formó), Helio y Litio. Pasados muchos millones de años se formaron las primeras estrellas y, en ellas, se formaron elementos más complejos como el Carbono, Nitrógeno y Oxígeno. Los elementos más pesados se tuvieron que formar en temperaturas mucho más altas, en presencia de energías inmensas como las explosiones de las estrellas moribundas que, a medida que se van acercando a su final forman materiales como: Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Titanio, Hierro, Cobalto, Niquel, Cobre, Cinc, Plomo, Torio…Uranio. La evolución cósmica de los elementos supone la formación de núcleos  simples ¿en el big bang? y la posterior fusión de estos núcleos ligeros para formar núcleos más pesados y complejos en el interior de las estrellas y en la transición de fase de las explosiones supernovas.  Abajo un gráfico de la Necleosíntesis estelar.

Estaba explicando el proceso triple alfa que es el proceso por el cual tres núcleos de helio  (partículas alfa) se transforman en un núcleo  de carbono. Esta reacción nuclear de fusión sólo ocurre a velocidades apreciables a temperaturas por encima de 100 000 000 kelvin y en núcleos estelares con una gran abundancia de helio. Por tanto, este proceso sólo es posible en las estrllas más viejas, donde el helio producido por las cadenas protón–protón y el ciclo CNO se ha acumulado en el núcleo. Cuando todo el hidrógeno presente se ha consumido, el núcleo se colapsa hasta que se alcanzan las temperaturas necesarias para iniciar la fusión de helio.

⁴He + ⁴He ↔ ⁸Be

⁸Be + ⁴He ↔ ¹²C

Las estrellas que son unas ocho veces más masivas que el Sol representan sólo una fracción muy pequeña de las estrellas en una galaxia espiral típica. A pesar de su escasez, estas estrellas juegan un papel importante en la creación de átomos complejos y su dispersión en el espacio.

Elementos necesarios como carbono, oxígeno, nitrógeno, y otros útiles, como el hierro y el aluminio. Elementos como este último, que se cocinan en estas estrellas masivas en la profundidad de sus núcleos estelares, puede ser gradualmente dragado hasta la superficie estelar y hacia el exterior a través de los vientos estelares que soplan impulsando los fotones. O este material enriquecido puede ser tirado hacia afuera cuando la estrella agota su combustible termonuclear y explota. Este proceso de dispersión, vital para la existencia del Universo material y la vida misma, puede ser efectivamente estudiado mediante la medición de las peculiares emisiones radiactivas que produce este material. Las líneas de emisión de rayos gamma del aluminio, que son especialmente de larga duración, son particularmente apreciadas por los astrónomos como un indicador de todo este proceso. El gráfico anterior muestra el cambio predicho en la cantidad de un isótopo particular de aluminio, Al26, para una región de la Vía Láctea, que es particularmente rica en estrellas masivas. La franja amarilla es la abundancia de Al26 para esta región según lo determinado por el laboratorio de rayos gamma INTEGRAL. La coincidencia entre la abundancia observada y la predicha por el modelo re-asegura a los astrónomos de nuestra comprensión de los delicados lazos entre la evolución estelar y la evolución química galáctica.

Pero sigamos con la historia recorrida por Hoyle y sus amigos. Felizmente, la naturaleza proporcionó una piedra Rosetta con la cual Hoyle y sus colaboradores podían someter a prueba sus ideas, en la forma de curva cósmica de la abundancia. Ésta era un gráfico del peso de los diversos átomos -unas ciento veinte especies de núcleos, cuando se tomaban en cuanta los isótopos- en función de su abundancia relativa en el universo, establecido por el estudio de las rocas de la Tierra, meteoritos que han caido en la Tierra desde el espacio exterior y los espectros del Sol y las estrellas.

Hablar del Universo, algo tan grande que se escapa a nuestra comprensión, nos llevaria tanto tiempo que finalizar el trabajo sería casi imposible, así que, habiendo dado una sencilla vuelta por algunos de los sucesos y objetos que en él están presentes, aquí lo dejamos. Sin embargo, de todo estos sucesos se derivan objetos múltiples de diversidad muy rica que adorna y embellece todo el espacio interestelar con la inmensa cantidad de objetos que lo adornan a lo largo de millones y milones de año luz de espacio.

Un rico abanico de Nebulosas que se configuran en función de la masa inicial de la estrella que las formó al eyectar material al final de sus vidas. Estrellas masivas supergigantes que, comparadas con nuestro Sol son enermes objetos que lo contienen más de cien veces y consumen hidrógeno a velocidad de vértigo como si quisiera convertirse en agujero negro en el menor tiempo posible. Diversidad de mundos, explosiones supernovas, sistemas planetarios, cúmulos y supercúmulos de galaxias…

Crédito  NASA/ESA

que se fusionan por la fuerza de la gravedad que hace que se atraigan las unas hacia las otras como vemos en el conocido “aglomerado de galáxias Quinteto Stefan“, de cuya imagen podemos deducir de manera fácil las transiciones de fase que se producen en esta clase de fusiones de grandes galaxias, de donde surgen miles de millones de estrellas nuevas, se destruyen y nacen nuevos mundos y, finalmente, el complejo nuevo creado se convierte en una galaxia mayor, supergigante.

Explosiones de estrellas que finalizan sus vidas convirtiéndose en estrellas de neutrones o púlsares. Los Púlsares son fuentes de ondas de radio que vibran con periodos regulares. Se detectan mediante radiotelescopios.  Los estudios indican que un púlsar es una estrella de neutrones pequeña que gira a gran velocidad. El más conocido está en la nebulosa de Cangrejo.  Su densidad es tan grande que, en ellos, la materia de la medida de una bola de bolígrafo tiene una masa de cerca de 100.000 toneladas. Emiten una gran cantidad de energía.  El campo magnético, muy intenso, se concentra en un espacio reducido. Esto lo acelera y lo hace emitir un haz de radiaciones que aquí recibimos como ondas de radio.

Las pulsares fueron descubiertas en 1967 por Anthony Hewish y Jocelyn Bell en el observatorio de radio astronomía en Cambridge. Se conocen más de 300, pero sólo dos, la Pulsar del Cangrejo, y la Pulsar de la Vela, emiten pulsos visibles detectables. Se sabe que estas dos también emiten pulsos de rayos gamma, y una, la del Cangrejo, también emite pulsos de rayos-X.

“El 16 de marzo de 2013 se cumplió medio siglo del descubrimiento de que los cuásares eran objetos extragalácticos muy brillantes y a enormes distancias de nosotros. Este descubrimiento fue consecuencia del desarrollo pionero de la Radioastronomía y del estudio cuidadoso de los espectros ópticos de unas misteriosas “fuentes casi-estelares”. En la actualidad sabemos que el proceso que genera un cuásar es un agujero negro súper-masivo en el centro de una galaxia.”

La medida de sus desplazamientos al rojo espectroscópico,  indicaban que estaban a grandes distancias de la Tierra. El primer cuásar estudiado, 3C 273 está a 1.500 millones de años luz de la Tierra y se han descubierto cuásares a 12.000 millones de años luz de la Tierra, es decir, cuásares que son casi tan viejos como el mismo universo.

Y, pasados los diez mil primeros millones de años, cuando las estrellas habían creado los materiales necesarios para que eso fuese posible, surgieron los primeros indicios de la presencia de vida en el Universo, Se asentaron en mundos como la Tierra y, en moléculas que se juntaron para formar células vivas surgidas de un protoplasma primordial… ¡Dio comienzo la aventura de la vida que, tantos secretos esconde y que tratamos de desvelar!

Muchas veces hemos opido hablar de la datación del Carbono y, el sistema de datación radiométrica más conocido es el proporcionado por el ¹⁴C, o Carbono 14, un esótopo raro de Carbono que se produce en natural por acción de los rayos cósmicos y antropogénicamente por bombas nucleares. Se desintegra en Nitrogeno (¹⁴N) con una vida media de 5.730 años. Como el Carbono 14 es tan poco común (menos de uno de mil átomos de Carbono) y su vida media es tan corta, la datación con radio carbono queda limitada a los últimos cien mil años, aproximadamente.

Las trazas de vida primitiva han sido borradas por la geología, el fluir de las aguas, los UV y por la propia evolución de la vida, los cambios…del Oxígeno, de la atmósfera, etc.

En los materiales más antiguos simplemente no queda suficiente ¹⁴C que pueda medirse con precisión. Por consiguiente, el ¹⁴C proporciona una herramienta de datación valiosa para egiptólogos o para paleontólogos interesados en Mamuts lanudos, pero no sirve para desentrañar la historia profunda de la Tierra que sus secretos muy bien guardados en lo más profundo de los tiempos.

El grupo Warrawoona

En el Cinturón de Pilgangoora el Grupo Coonterunah de 3.517 millones de años y las granulitas de Carlindi (3.484-3.468 millones de años son la razón fundamental del Grupo Warrawoona bajo un desajuste de erosión, aportando así pruebas de la antigua corteza continental . La Cúpula del Polo Norte (NPD) se encuentra a 10 kilómetros del Grupo Warrawoona.

         “Los estromatolitos (del griego στρώμα strōma = cama/alfombra y λίθο litho = piedra) son microbialitos, estructuras minerales bioconstruidas, finamente estratificadas de morfologías diversas, originados por la producción, captura y fijación de partículas carbonatadas por parte de biopelículas de cianobacterias¹​ en aguas someras. Las cianobacterias, mediante fotosíntesis, liberan oxígeno y captan de la atmósfera grandes cantidades de dióxido de carbono para formar carbonatos que, al precipitar, dan lugar a la formación de los estromatolitos”

Son celulas que se agrupan en colonias formando rocas sedimentarias. Estas rocas se encuentran en mares calidos y son el resultado de la union de seres uni- celulares, cianobacterias. Las rocas se forman muy lentamente, capa sobre capa y una capa se muere se deposita el carbonato de calcio de sus paredes sobre la capa anterior.

En el Grupo Warrawoona (3.400-3.500 millones de años) se encontraron estructuras sedimentarias que se identificaron como producidas por la actividad de organismos por William Schopf. Debido a identificación, se consideraron esos restos como la huella de vida más antigua de la que se tiene constancia. Son poco comunes (sólo se han encontrado, además de en Warrawoona, en el Supergrupo Pongola , de 2.700-2.500 millones de años, y en el Grupo de Bulawayan de Rhodesia, de 2.800 millones de años), por lo que no se puede estar seguro de que los organismos que los formaran fueran fotosintéticos y tampoco se pueden sacar conclusiones claras acerca de los ambientes en que se formaron. Ciertas bacterias no fotosintéticas forman estructuras similares a estromatolitos en fuentes termales de Yellowstone, por lo que existe la posibilidad de que bacterias similares formaran las estructuras estromatolíticas arcaicas.

Estos restos de Warrawoona incluyen microfósiles filamentosos y cocoides muy parecidos a cianobacterias, lo que ha inducido a pensar en la existencia de organismos fotosintéticos aeróbicos.

Son muchas las teorías científicas que, a lo largo de la historia han tratado de explicar el origen de la vida en la Tierra. Ya Aristóteles (384 – 322 aC), en la antigua Grecia, propuso una hipótesis: que la vida surgió por generación espontánea. Esta idea sería rebatida por los experimentos científicos de Louis Pasteur (1822 – 1895). Ahora sabemos que de donde no hay nada puede surgir, sabemos que los elementos se crearon en las estrellas que, en explosiones supernovas son expandidos por todo el universo. Sabemos que esos elementos depositados en mundos bien situados en las zonas habitables de sus estrellas, pueden llegar a constituirde en estructuras complejas de las que pueden surgir, formas de vida poco evolucionadas que, con el tiempo, se transforman en complejas y, en algunos casos, en miles de millones de años de evolución, pasando por fases que las hace ser una vez una cosa y más tarde otra… ¡Pueden llegar hasta la consciencia de Ser!

Sabemos como conseguirla utilizando la Naturaleza, conocemos de los grandes brotes de energías en el Universo, y, también la sabemos utilizar para generar trabajo. Sin embargo, saber, a ciencia cierta, lo que realamente es la energía… ¡No lo sabemos!

Son muchas las cosas que no sabemos y, palabras que empleamos de manera cotidiana de cosas que sabemos para que sirven, como por ejemplo la energía, no sabríamos explicar lo que es. Tampoco sabemos a ciencia cierta y en toda su extensión lo que la materia es, y, si nos referimos al Tiempo… ¿Qué es el Tiempo? ¿Existe en realidad o es una simple ilusión de la mente?

Mientras continuamos tratando se desvelar todos esos secretos, disfrutemos del El Universo,  de su rica Diversidad, de la Belleza que nos ofrece por todas part y, desde luego…,  ¡de la Vida! Que no hemos llegado a comprender.

emilio silvera

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