¿No habremos tomado el camino hacia ninguna parte?

¿Dónde estaríamos nosotros cuando se pusieron los cimientos de la Tierra? Eso, ni más ni manos, me preguntó un día alguien en un coloquio sobre el Universo,  La Tierra y la Vida. Claro que, no podía ni sabía contestar, ya que, por aquel entonces, nosotros, sencillamente, ¡no estábamos!

Y, lo único que se me ocurrió decir fue: Bueno, hombre, no exactamente nosotros que llegamos muchísimo más tarde, pero, lo cierto es que, los materiales que nos pudieron conformar, estaban en aquella nebulosa con la que regó el esapcio interestelar una supernova hace ahora miles de millones de años. Después, el Tiempo hizo posible que surgiera el Sol y, a su alrededor los planetas y lunas del Sistema Solar, y, con la ayuda de lo que hemos llamado evolución y los ingredientes precisos de atmósfera, agua, radioactividad y otros parámetros necesarios, surgío aquella primera célula replicante que lo comenzí todo, es decir, la aventura de la Vida.

            Una Tierra ignea, incandescente, sin vida

Todas aquellas explicaciones, de ninguna manera convencieron al curioso que formuló la pregunta, sin embargo, otra no tenía y así, de momento, quedaron las cosas. Ya me gustaría a mí saber para poder contestar a todas las preguntas que me hacen.

La especulación sobre el origen del Universo es una vieja y destacada actividad humana. Vieja por el simple hecho de que, la especie humana, no tiene ningún certificado de nacimiento y, tal desconocimiento de sus orígenes, les hace ser curiosos, deseosos de saber el por qué están aquí y como pudo suceder su venida. Estamos obligados a investigar nuestros orígenes nosotros sólos, sin la ayuda de nadie, es el caso que, ningún ser inteligente nos puede contar lo que pasó y, siendo así, nos vemos abocados a tener que hurgar en el pasado y valernos de mil ingeniosos sistemas para tatar de saber. Así que, si investigamos sobre el mundo del que formamos parte, esas pesquisas terminarán por decirnos más, sobre nosotros mismos que sobre el universo que pretendemos describir. En realidad, todos esos pensamientos, que no pocas veces mezclan lo imaginario con la realidad, todo eso, en cierta medida, son proyecciones psicológicas, esquemas proyectados por nuestras mentes sobre el cielo, como sombras danzantes de un fuego fatuo que no siempre nos transmite algún mensaje.

Aquellos mitos de la creación precientíficos dependían en su supervivencia menos de su acuerdo con los datos de la observación (de los que, de todos modos había pocos) que del grado en que eran satisfactorios, o tranquilizantes  o poéticamente atractivos. Aficionados a ellos puesto que eran nuestros, esos cuentos poníann de relieve lo que más importaba a las sociedades que los conservaban. Los sumerios vivían en una concljuencia de ríos, y, concebían la creación como una lucha en el barro entre dos dioses. Los mayas, obsesionados por los juegos de balón, conjeturaban que su creador se transformaba en balón cada vez que planeta Venus desaparecía detrás del Sol. El pescador tahitiano, hablaba de un dios pescador que arrastro sus islas desde el fondo del océano. Los espadachines japoneses formaron sus islas de gotas de sangre que caían de una espada cósmica. Para los griegos amantes de la lógica, la creación fue obra de los elementos: Para Tales de Mileto, el universo originalmente fue Agua; para Anaxímedes, fue Aire; para Heráclito, Fuego…Todos los pueblos tenían su propia génesis… Y, ¿cuál será la nuestra?

En Cosmología, las condiciones “iniciales” raramente son absolutamente iniciales, pues nadie sabe como calcular el estado de la materia y el espacio-tiempo antes del Tiempo de Planck, que culminó alrededor de 10^-43 de segundo Después del Comienzo del Tiempo. ¿Qué pasó en ese brevísimo intervalo de tiempo? Nadie lo sabe. Pero, a pesar de ello, nosotros pretendemos saber cómo comenzamos nuestra andadura en este mundo que, en realidad, comenzó en otro lugar muy lejano y muy caliente.

Es verdaderamente encomiable la pertinaz insistencia del ser humano por saber, y, en el ámbito de la Astronomía, desde los más remotos “tiempos” que podamos recordar o de los que tenemos alguna razón, nuestra especie ha estado interesada en saber, el origen de los objetos celestes, los mecanismos que rigen sus movimientos y las fuerzas que están presentes.

Claro que, nosotros, los Humanos, llevamos aquí el tiempo de un parpadeo del ojo si lo comparamos con el Tiempo del Universo. Sin embargo, nos hemos valido de todos los medios posibles para llegar al entendimiento de las cosas, incluso sabemos del pasado a través del descubrimiento de la vida media de los elementos y mediante algo que denominamos datación, como la del Carbono 14, podemos saber de la edad de muchos objetos que, de otra manera, sería imposible averiguar. La vida de los elementos es muy útil y, al mismo tiempo, nos habla de que todo en el Universo tiene un Tiempo Marcado. Por ejemplo, la vida media del Uranio 238 sabemos que es de 4.000 millones de años, y, la del Rubidio tiene la matusalénica vida media de 47.000 millones de años, varias veces la edad que ahora tiene el Universo.

Hablaremos ahora del Big Bang (lo único que tenemos para agarrarnos a lo que “parece quen fue”), 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, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas.

La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la realtividad 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 puede ser medido. Se denota mediante el símbolo t_P. En cosmología, el 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 forma siguiente:

  5.39124(27) × 10⁻⁴³ segundos

La Era de planck: Es la era que comenzó cuando el efecto gravitacional de la materia 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, este efecto se hizo menos importante que el efecto gravitacional de la materia. Se piensa que la materia se volvió predominante a una temperatura de unos 10⁴ K, aproximadamente 30.000 años a partir del Big Bang.  Este hecho marcó el comienzo de la era de la materia.

La materia salió de ese clima de enormes temperaturas ahora inimaginables y, durante varias etapas o eras (de la radiación, de la materia, hadrónica y bariónica… llegamos al momento presente habiendo descubierto muchos de los secretos que, el Universo guardaba celosamente para que, nosotros, los pudiéramos desvelar.

De la radiación

Periodo entre 10^-43 s (la era de Planck) y 300.000 años después del Big Bang… Durante este periodo, la expansión del universo estaba dominada por los efectos de la radiación o de las partículas rápidas (a altas energías todas las partículas se comportan como la radiación). De hecho, la era leptónica y la era hadrónica son ambas subdivisiones de la era de radiación.

La era de radiación fue seguida por la era de la materia que antes se reseña, durante la cual los partículas lentas dominaron la expansión del universo.

Era hadrónica

Corto periodo de tiempo entre 10^-6 s y 10^-5 s después del Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones, 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 número en el universo primitivo, pero a medida que el universo se enfrió, la mayor parte de las especies leptónicas fueron aniquiladas. La era leptónica se entremezcla con la hadrónica y ambas, como ya dije antes, son subdivisiones de la era de la radiación. El final de la era leptónica se considera normalmente que ocurrió cuando se aniquilaron la mayor parte de los pares electrón-positrón, a una temperatura de 5×10⁹ K, más o menos un segundo después del Big Bang. Después, los leptones  se unieron a los hadrónes para formar átomos.

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.

En 1932 Einstein y de Sitter propusieron que la constante cosmológica debe tomar valor cero, y construyeron un modelo cosmológico homogéneo e isótropo que representa el caso intermedio entre los modelos abierto y cerrado de Friedmann. Einstein y de Sitter supusieron que la curvatura espacial del Universo no es ni positiva ni negativa, sino nula.

La geometría espacial de este modelo es por lo tanto la geometría plana de Euclides; sin embargo el espacio-tiempo en su conjunto no es plano: hay curvatura en la dirección temporal. El tiempo comienza también en una Gran Explosión y las galaxias se alejan continuamente entre sí, sin embargo la velocidad de recesión (constante de Hubble) disminuye asintóticamente a cero a medida que el tiempo avanza.

Debido a que la geometría del espacio y las propiedades de la evolución del Universo están unívocamente definidas en el modelo de Einstein-de Sitter, mucha gente lo considera el modelo más apropiado para describir el Universo real.

Durante los últimos años de la década de los 70 surgió un firme soporte teórico para esta idea a partir de los estudios en física de partículas. Además, las observaciones experimentales sobre la densidad media del Universo apoyan esta concepción, aunque las evidencias aún no son concluyentes.

Todo esto está muy bien pero…

¡Si supiera contestar esa pregunta!

emilio silvera

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Queremos configurar el universo y hacemos mapas de las galaxias…

La cosmología, a pesar del paso del tiempo, continúa siendo una disciplina interesante, basada en la astronomía y la física. Tenemos la necesidad de saber cómo es nuestro mundo (el universo), incluso si esa visión es inexacta o incompleta. Los antiguos indúes, babilonios y mayas combinaron la ciencia con la religión y las estructuras sociales para completar la imagen. Pensar que ahora nosotros, hacemos algo diferente es, engañarnos a nosotros mismos. Si la cosmología moderna parece ajena a la religión, esto es porque las hemos convertido en una auténtica religión secular. Ahora, el sitio de los dioses, es ocupado por el Universo mismo, la Naturaleza sabia que tratamos de comprender.

A diferencia de los físicos o los químicos que aceptan gustosos los desafíos de sus paradigmas, los comólogos modernos son lagashianos, es decir, defienden el modelo que ellos han elegido frente a cualquier prueba que vaya contra él. Como dijo el físico ruso Lev Landau: “Los cosmólogos caen a menudo en errores, pero nunca dudan”.

El mundo de la cosmología ortodoxa del big bang no soporta a los disidentes y, desde luego, hay muchos y la historia nos habla de ellos. Por poner un ejemplo, me referiré al conocido protegido de Hubble, Halton Arp, educado en Harvard y Caltech que nunca renunció al rigor intelectual de su mentor y, en consecuencia, sostenía que los corrimientos hacia el rojo no demostraban necesariamente la existencia de un universo en expansión. Todos conocemos la calidad que como astrónomo tenía Arp y de sus renombrados descubrimientos que, en su día, llenaron las primeras portadas de toda la prensa.

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El Premio Nobelk de Física de 2011 se otorgó a los tres físicos que arriba podeis contemplar “por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo gracias a observaciones de supernovas lejanas”. Es sin duda una de los hallazgos más extraordinarios que nos ha ofrecido la cosmología desde el descubrimiento del fondo cósmico de radiación de microondas. Gracias a estas observaciones, ahora sabemos que el universo no sólo se expande sino que lo hace de forma acelerada, en contra de lo esperado si estuviera compuesto de materia ordinaria.

(Es curioso que, después de que los premios fuesen concedidos a estos físicos, ha salido un español que, según dice y ha sido publicado, tenía registrado el trabajo, o uno similar, al que ha valido el novel de 2.011 a estos de arriba. La polémica está en marcha).

Los astrónomos dicen que han encontrado las mejores pruebas hasta la fecha sobre la Materia Oscura, la misteriosa sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo. En la imagen de arriba han querido significar, diferenciándola en colores, las dos clases de materia, la bariónica y la oscura que, en este caso, sería la azulada -según dicen-. Sin embargo, la imagen no refleja la proporción que dicen existe entre la una y la otra.

Para poder comprender este resultado tan extraordinario, podríamos poner un ejemplo sencillo: Por ejemplo, si lanzamos una pelota con fuerza hacia arriba, ésta sale despedida en la medida de la fuerza que la impulsó, y, llegado a un punto, la Gravedad que ejerce la Tierra sobre ella, la hará caer de nuevo. Sin embargo, si lanzamos la pelota con mucha más fuerza, ésta podría vencer la gravedad terrestre y salir al espacio exterior y escapar a velocidades cada vez menores. Sin embargo, lo que han observado los investigadores que han recibido el Nobel en 2011, es que el universo no se comporta de esta manera. En lugar de frenarse conforme se expande, el universo parece expandirse de forma acelerada. En la analogía de la pelota, es como si esta, una vez escapara de la Tierra, se alejara con una velocidad cada vez mayor. De esta realidad observada, se deduce de manera clara que, sobre el Universo, está actuando una fuerza desconocida que lo atrae y supera la atracción gravitacional de toda la materia que contiene conocida por nosotros.

Pero antes de describir las observaciones, recapitulemos sobre lo que sabemos del universo hasta ahora. La expansión del universo fue descubierta en los años 20 del pasado siglo por Vesto Slipher, Knut Lundmark, Georges Lemaítre y Edwin Hubble. El ritmo de exdpansión depende del contenido de energía, y un universo que contiene sólo materia termina frenándose gracias a la fuerza de gravedad.

                  Las galaxias se alejan las unas de las otras ganando velocidad

Las observaciones de la recesión de las galaxias, así como de las abundancias de elementos ligeros, pero sobre todo del fondo de radiación de microondas, nos han permitido construir una imagen del universo en expansión, a partir de un origen extremadamente caliente y denso, que se va enfriando conforme se expande. Hasta hace unas décadas se creía que esa expansión era cada vez más lenta y se especulaba sobre la posibilidad de que eventualmente el universo “recolapsara”. Sin embargo, las observaciones de la luz que nos llega de supernovas a distancias astronómicas, de hasta siete mil millones de años-luz -hechas por dos colaboraciones independientes: El Supernovae Cosmology Project,  liderado por Saul Perlmutter, y el High Redshift Supernova Project,  de Brian Schmidt y Adam Riess- mostraron que actualmente el ritmo de expansión está acelerándose, en lugar de decelerarse.

Estas observaciones han sido posible gracias  a que las supernovas de tipo Ia son explosiones extraordinariamente violentas que se ven a enormes distancias y afortunadamente siguen un patrón de luminosidad característico, llegando a su máximo pocos días después de la explosión y a partir de ahí lentamnete decreciendo en luminosidad hasta que dejamos de verla. La relación entre la máxima luminosidad y el período de decrecimiento se puede calibrar con supernovas cercanas, de manera que midiendo estos períodos para muchas supernovas podemos deducir su distancvia a nosotros y de ahí el ritmo de expansión del universo desde el momento en que la supernova explotó hace miles de millones de años. Las medidas de las supernovas lejanas muestran no sólo que el universo se está expandiendo aceleradamente hoy día, sino también que en el pasado lo hacia de forma decelerada, lo que concuerda con nuestras predicciones basadas en la Teoría de Einstein.

En el contexto del Modelo estándar cosmológico, la aceleración se cree causada por la energía del vacío -a menudo llamada “energía oscura”- una componente que da cuenta de aproximadamente el 73% de toda la densidad de energía del universo. Del resto, cerca del 23%, sería debido a una forma desconocida de materia a la que llamamos “materia oscura”. Sólo alrededor del 4% de la densidad de la energía correspondería a la materia ordinaria, es decir, la que llamamos Bariónica, esa que emite radiación, la luminosa y de la que estamos nosotros constituidos, así como las estrellas, los mundos y las galaxias. Es, precisamente esa luz, la que nos permite adentrarnos en lo más profundo del universo desconocido, lejano y oscuro para poder saber, sobre estos misterios.

En nuestras vidas cotidianas, los efectos de la energía de vacío son ínfimos, diminutos, pero aún así detectables en pequeñas correcciones a los niveles de las energías de los átomos. En Teorías de campos relativistas, la energía de vacío está dada por una expresión matemáticamente idéntica y físicamente indistinguible de la famosa constante cosmológica, o por el contrario varia con el tiempo, algo que tendría consecuencias importantísimas para el destino del universo y que es un tema de investigación candente en cosmología, con varios experimentos propuestos para detectarlo.

Tipos de espacio según la densidad crítica del universo. Es decir, dependiendo del valor de Omega, tendremos un universo abierto, cerrado o plano. De momento, todos los indicios nos dicen que estamos  en un universo plano que se expandirá para siempre.

En fin amigos, el tema es interesante y lo continuaremos en otro momento…

Le he robado un rato al trabajo para dejar esta página en el Blog por estimarla de interés para que todos, estén al día de los últimos descubrimientos en relación al universo en el que vivímos.

Saludos.

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De la misma forma que ocurre con las estrellas de las que existen una gran variedad, en colores -según los elementos de los que cada una esté conformada, dimensiones, masa, y otros parámetros que las definen, con los mundos ocurre otro tanto. No solo existen mundos rocosos y gaseosos (clasificación que seríe una simplicidad), sino que, dependiendo de una serie de requisitos y circunstancias, los mundos pueden ser de muchas y diversas maneras.

¿Cómo se viviría en un mundo así? ¿Como sentiríamos la Gravedad de ese enorme planeta vecino tan cercano? Existen mundos en el espacio exterior que están alumbrados por estrellas enanas rojas cercanas a ellos, otros, se ven alumbrados por una luz intensamente roja proveniente de una estrella de carbono, también los hay que están a merced de estrellas múltiples, es decir, sistemas de tres o más estrellas ligadas por su atracción gravitacional múltiple (se estima que alrededor de un tercio de todas las binarias conocidas son realmente triples). También ha surgido mundos dependientes de una estrella peculiar, una estrella que se saber que es variable. ¿Cómo sentarían esos cambios o variaciones a sus posibles habitantes? Esposible que, sean estrellas en transición que no permiten la aparición de la vida en sus planetas hasta que no queda estabilizada.

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Conozcamos a nuestras vecinas

Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia satélite de nuestra propia Vía Láctea, es una de las maravillas del firmamento del hemisferio sur. Esta pequeña galaxia (la cual recibió su nombre en honor al navegante portugués del s. XVI Fernando de Magallanes) forma parte de la constelación del Tucán; más concretamente, se encuentra en una de las “alas” del pájaro. Las imágenes de sus estrellas, así como del gas y el polvo que contiene, son un objetivo frecuente de los telescopios ópticos.

Sorprendentemente, esta galaxia también tiene una cola. Como como podemos ver en esta imagen mosaico del telescopop espacial Spitzer, coloreada artificialmente, la cola se extiende hacia la derecha hasta el límite del ala del tucán. Probablemente, esta cola se formó debido a que las mareas gravitatorias arrancaron polvo, gas, y algunas estrellas recien nacidas de la masa principal de la galaxia. Dos cúmulos de dichas estrellas se pueden apreciar como puntos rojos en la cola, calentando las nubes de polvo donde se originaron.

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