Cuando dices “Universo”, significa toda la materia y el espacio existentes considerados como un todo; el cosmos Se cree que el universo tiene al menos 92 mil millones de años luz de diámetro y contiene una gran cantidad de galaxias; se ha estado expandiendo desde su creación en el Big Bang hace unos 13.70 mil millones de años, el límite del universo observable. Esto significa que primero debemos entender cómo se formaron las estrellas, galaxias y planetas.
Hay varias preguntas importantes asociadas con la creación y evolución de los principales constituyentes del universo. Una pregunta básica es cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias. Y una vez que se crearon las estrellas y galaxias, ¿cómo influyeron en la formación de galaxias, estrellas y planetas posteriores? Esto es importante porque estos últimos objetos están hechos de elementos que solo pueden haber sido creados por la primera generación de estrellas.
Las edades oscuras del universo, una era de oscuridad que existía antes de que se formaran las primeras estrellas y galaxias, en su mayoría siguen siendo un misterio porque hay muy poco para ver, pero los científicos desean intensamente arrojar luz sobre ellas para aprender secretos sobre cómo el universo llegó a ser. En realidad, las edades oscuras representan nuestros orígenes, cuando las primeras estrellas se formaron y crearon los elementos pesados de los que estamos hechos hoy.
Al principio, el universo estaba tan caliente que todos los átomos que existían se dividían en núcleos cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Estos iones cargados eléctricamente impiden que toda la luz viaje libremente. El universo estaba oscuro. Alrededor de 400,000 años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que estos iones se volvieran a formar átomos, permitiendo que la primera luz en el cosmos brille finalmente. Sin embargo, la edad oscura continuó ya que las estrellas aún no habían nacido, y no había otra luz.
Los modelos actuales del universo sugieren que las primeras galaxias comenzaron a formarse unos 100 millones de años después del Big Bang, marcando el comienzo del fin de las edades oscuras. Este proceso de formación de estrellas y galaxias continuó gradualmente hasta que casi todo el hidrógeno y el helio que forman la mayor parte del universo se ionizaron nuevamente, esta vez a la luz de las estrellas, unos 500 millones de años después del Big Bang.
Las estrellas comienzan sus vidas de una manera muy humilde, como meras partículas en vastas nubes de polvo y gas, nebulosas. Lejos de las estrellas activas, estas nebulosas permanecen frías y latentes durante años. Luego, debido a alguna perturbación, todo se agita. La perturbación puede deberse a un cometa con rayas o la onda de choque de una supernova lejana. A medida que la fuerza resultante se mueve a través de la nube, las partículas chocan y comienzan a formar grupos. Individualmente, un grupo alcanza más masa y, por lo tanto, un tirón gravitacional más fuerte, atrayendo incluso más partículas de la nube circundante. A medida que más materia cae en el grupo, su núcleo se vuelve más denso y más caliente. En el transcurso de un millón de años, el grupo se convierte en un cuerpo pequeño y denso conocido como protoestrella . Continúa atrayendo aún más gas y polvo, y crece aún más y más densamente.
Cuando la protoestrella se calienta lo suficiente (típicamente 7 millones de kelvins), sus átomos de hidrógeno comienzan a fusionarse, produciendo helio y una salida de energía en el proceso. A esta reacción atómica la llamamos fusión nuclear. Sin embargo, el impulso externo de su energía de fusión es aún más débil que el impulso interno de la gravedad en este punto de la vida de la estrella. El material continúa fluyendo hacia la protoestrella, lo que aumenta la masa y el calor. Finalmente, después de millones de años, algunas de estas estrellas en dificultades alcanzan el punto de inflexión. Si la masa suficiente (0,1 masa solar) se colapsa en la protoestrella, se produce un flujo bipolar. Dos enormes chorros de gas brotan de la protoestrella y destruyen el resto del gas y el polvo de su superficie ardiente, y este gas y polvo se adhieren para formar planetas y otros objetos.
En este punto, la estrella joven se estabiliza y alcanza el punto donde su producción excede su consumo. La presión exterior de la fusión de hidrógeno ahora contrarresta el tirón interior de la gravedad. Ahora es una estrella de secuencia principal y seguirá siéndolo hasta que se queme con todo su combustible. Así, nace una estrella. Cada estrella es creada de esta manera.
Todavía se desconoce si se formaron “agujeros negros” junto con la primera generación de estrellas que nacieron, o si estos objetos exóticos fueron creados por la primera generación de estrellas. Debido a que los agujeros negros representan las condiciones físicas más extremas del espacio-tiempo y generan algunos de los fenómenos más energéticos que siguen al Big Bang, son los últimos laboratorios físicos para probar las teorías del universo.
Los científicos ahora saben que nuestro universo tiene una estructura “espumosa” . Las galaxias y los grupos de galaxias que conforman el universo visible se concentran en un complejo de andamios que rodea una red de enormes vacíos cósmicos. Sin embargo, además de la materia “normal” que constituye las partes visibles del universo, los científicos han descubierto que hay enormes cantidades de materia invisible. Esta llamada “materia oscura” constituye aproximadamente el 27% del contenido de materia-energía del universo, mientras que las piezas visibles representan solo alrededor del 4% del total. Claramente, si esperamos entender la estructura del universo y los procesos por los cuales se formó y evolucionó, primero debemos entender la distribución de esta importante pero oscura materia invisible y las formas en que interactúa e influye en la materia normal.
Aunque los astrónomos han estado estudiando las estrellas durante cientos de años, solo en los últimos 50 años han podido utilizar instrumentos que detectan la luz en todo el espectro electromagnético, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, para observar el gas. Nubes donde nacen las estrellas en nuestra propia galaxia.
El Universo se compone principalmente de hidrógeno y helio. de hecho, estos dos elementos constituyen el 98% de la materia visible en el Universo. Sin embargo, nuestro mundo y todo lo que contiene, incluida la vida misma, es posible solo por la existencia de elementos más pesados, como carbono, nitrógeno, oxígeno, silicio, hierro y muchos otros. Los científicos creen que las primeras generaciones de estrellas sembraron nuestro Universo con los elementos pesados que vemos hoy en la Tierra. Finalmente, hubo un suministro suficiente de elementos pesados para permitir la formación de moléculas prebióticas * y planetas similares a los terrestres sobre los cuales esas moléculas podrían combinarse para formar la vida misma. (* Los prebióticos son carbohidratos no digeribles que actúan como alimento de los probióticos. Cuando se combinan los probióticos y los prebióticos, forman un simbiótico. El producto lácteo fermentado, como el yogur, se considera simbiótico porque contiene vivo
Las bacterias y el combustible que necesitan para prosperar.
La teoría ampliamente aceptada sobre el origen y la evolución de nuestro universo es el modelo del Big Bang, que establece que el universo comenzó como un punto increíblemente caliente y denso hace aproximadamente 13.7 mil millones de años. Entonces, ¿cómo pasó el universo de ser fracciones de una pulgada (unos pocos milímetros) a lo que es hoy?
Big Bang puede ser un nombre inapropiado. No fue una explosión en el espacio, como podría sugerir el nombre de la teoría. En su lugar, fue la aparición del espacio en todo el universo, dijeron los investigadores. Según la teoría del Big Bang, el universo nació como un punto muy denso y único en el espacio. Hace aproximadamente 14 mil millones de años, el espacio mismo se expandió y luego se enfrió, lo que finalmente permitió que los átomos se formaran y se agruparan para construir las estrellas y galaxias que vemos hoy. Sobre esto, la mayoría de los científicos están de acuerdo. Todas las predicciones también son ciertas.
Por ejemplo, esta teoría predijo que el universo actual estaría lleno de luz generalizada que quedaría del Big Bang. Este resplandor, llamado Radiación de fondo de microondas cósmica, se descubrió en 1964, casi 20 años después de lo previsto. Esta reliquia del Big Bang impregna el universo y es visible para los detectores de microondas, lo que permite a los científicos juntar pistas sobre el universo primitivo.
En 2001, la NASA lanzó la misión Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) para estudiar las condiciones tal como existían en el universo temprano al medir la radiación del fondo cósmico de microondas. Entre otros descubrimientos, WMAP pudo determinar la edad del universo, alrededor de 13.7 mil millones de años.
Sin embargo, lo que causó el Big Bang, lo que sucedió en ese momento exacto y lo que ocurrió inmediatamente después, es mucho más abierto al debate. Una idea dominante que conecta perfectamente el Big Bang y el universo que encontramos hoy se llama inflación. Esta es la noción de que durante los primeros 10 ^ -34 segundos, el universo experimentó una expansión exponencial, duplicando su tamaño al menos 90 veces. Durante esta etapa temprana, la materia estaba en un estado muy diferente al de ahora.
Esta teoría podría explicar algunos de los principales enigmas planteados por el Big Bang: ¿Por qué el universo parece en su mayoría plano, con aproximadamente la misma cantidad de cosas distribuidas sin problemas en todas direcciones? La inflación es fácilmente la teoría más popular en cosmología, pero también tiene un punto débil. No puede describir el momento del Big Bang.
La teoría del Big Bang visualiza el universo a partir de una singularidad: un concepto matemático de temperatura infinita y densidad infinita agrupados en un solo punto del espacio. Pero los científicos no creen que esto es lo que realmente sucedió. Realmente no sería infinito porque el infinito solo significa una ruptura matemática. Al final, ni la teoría del Big Bang ni la teoría inflacionaria pueden describir lo que sucedió precisamente en ese momento.
Y la teoría de la inflación tiene otros problemas, en opinión de algunos científicos. Debido a las fluctuaciones cuánticas, diferentes partes del universo podrían inflarse a diferentes velocidades, creando “universos de burbujas” que son mucho más grandes que otras regiones. Por lo tanto, el universo que conocemos puede ser solo uno en un multiverso, donde reinan diferentes escalas y leyes físicas. Otros dicen que si bien la inflación aún no está completa, sigue siendo la teoría más útil que tenemos para describir el origen del universo.
Luego, también hay otras teorías, como la Teoría cíclica según la cual el Universo atraviesa repetidas fases de “renacimiento” sin un comienzo y no tendrá fin. Basado en Supercuerdas y Teoría M, propone que nuestro Universo es un 3-Brane (espacio 3 y una dimensión de tiempo) que está incrustado en un “Granel” de once dimensiones.
Afortunadamente, los científicos no tienen que esperar más para saber qué teoría es una mejor opción. Los modelos hacen diferentes predicciones sobre ciertos aspectos del universo que son medibles hoy en día. Por ejemplo, la inflación podría haber creado ondas gravitacionales ( distorsiones del espacio-tiempo causadas por la gravedad) que deberían ser observables. Y de hecho, recientemente se han observado ondas gravitacionales. Los físicos acordaron que, si se pudieran observar las ondas gravitacionales, eso refutaría las otras teorías, y sería muy consistente con la idea de la inflación.
Ahora que se han observado las ondas gravitacionales, solo tenemos que esperar y ver qué piensan los científicos.
