lunes, 27 de febrero de 2017

ORIGEN Y NACIMIENTO DEL UNIVERSO

El modelo del origen del Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica mediante la más fuerte explosión de todos los tiempos que conocemos como «Gran Explosión», en inglés «Big Bang» y se caracteriza por postular que todo el contenido del Universo (materia, energía, espacio y tiempo) aparece de modo súbito en un momento concreto de nuestro pasado. Además, el estado inicial del Universo era una singularidad en la que la densidad, la temperatura y la presión eran infinitas o, al menos, más grandes que cualquier valor que tenga sentido para la física que conocemos.
Constituye el momento en que de la “nada” emerge toda la materia concentrada en un punto de densidad infinita, generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo, el Cosmos. En millonésimas de segundo, un cambio de fase consiguió que el universo se expandiera de forma exponencial durante un período llamado “inflación cósmica”. Los componentes materiales del universo quedaron en la forma de un plasma de “quacks-gluones” en movimiento en forma relativista. La materia fue lanzada a temperaturas de millones de ºC y cada partícula comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra. Esta materia está constituida por partículas elementales: electrones, positrones, mesones, bariones, neutrinos, fotones y un largo etc. hasta 89 partículas conocidas hoy día. Su rápido enfriamiento produce la bariogénesis y por combinación de protones y neutrones produce la nucleosíntesis generando el Deuterio (isótopo del átomo de H con un protón y un neutrón en su núcleo) y el He.

El Universo se expandió, se enfrió y se oscureció. La temperatura al descender, con lo que los quarks y los gluones se combinaron en bariones (bariogénesis), tales como el protón y el neutrón. Las temperaturas aún más bajas condujeron a nuevos cambios de fase que rompieron la simetría, así que les dieron su forma actual a las fuerzas fundamentales de la física y las partículas elementales. Más tarde protones y neutrones se combinaron para formar núcleos de de Deuterio (isótopo del H, con un neutrón y un protón en su núcleo, y un electrón giratorio en su corteza) y de Helio en un proceso llamado nucleosíntesis primordial. Al enfriarse el Universo, la materia gradualmente dejó de moverse de forma relativista y su densidad y energía comenzó a dominar gravitatoriamente sobre la radiación. Pasados 300.000 años, los electrones se combinaron para formar los átomos, mayoritariamente de H. Por eso la radiación se desacopló de los átomos y continuó por el espacio prácticamente sin obstáculos. Esta es la radiación de fondo de microondas.
La energía se condensó en un material esencialmente en átomos de H y de He, y estos átomos se acumularon en grandes nubes que crecieron gravitatoriamente, haciéndose más densas que se alejaron unas de otras formando después de millones de años nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras astronómicas que actualmente se observan.

En sus fases más tempranas se inicia un proceso de rápida expansión en todas las direcciones, al que el modelo debe su nombre.
A lo largo de los años cuarenta y cincuenta, y en combinación con los avances en física nuclear, muchos físicos estudiaron los procesos que podría haber llevado a la formación de los primeros átomos en el Universo durante la fase de temperatura extremadamente alta que se suponía había seguido inmediatamente al instante original. Así, la comprobación de que la proporción en que aparecían los átomos componentes de los objetos celestes (aproximadamente 75 % de hidrógeno, 25 % de helio, y trazas del resto de los elementos) coincidía con lo esperado de sus cálculos constituyó la segunda prueba observacional sólida de la teoría.
Finalmente, en 1964 se observó por primera vez una radiación de fondo que permea todo el Universo, proveniente de todas las direcciones al mismo tiempo, extremadamente homogénea, y correspondiente a una temperatura ligeramente inferior a 3 grados por encima del cero absoluto. Hoy interpretamos esta radiación como el eco de la propia explosión que dio origen al Universo.
Los mejores ajustes a todos los datos cosmológicos de que disponemos nos dicen que la edad actual del Universo es 13.780 millones de años (Ma), con una pequeña incertidumbre de menos de 3 partes en 1.000.
Considerar el espacio como infinito desde el origen es un detalle crucial para entender muchos otros conceptos clave en nuestra visión global del Universo y su historia. Por ejemplo, nuestro Universo observable es el fragmento del Universo cuya luz ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros. Básicamente es una esfera con un radio que sería de 13.800 millones de años-luz (la distancia que habría recorrido de un año-luz equivale a casi 10 billones de kilómetros, o a 63.000 veces la distancia de la Tierra al Sol) desde el Big Bang hasta hoy si no fuera porque debemos tener en cuenta la expansión: las partes del Universo que emitieron esa luz desde su inicio se han ido alejando de nosotros a la vez que la luz se iba acercando. Una estimación razonable del radio físico presente de nuestro Universo observable es 50.000 millones de años-luz.
Si pudiéramos retroceder en la historia del Universo veríamos que la esfera de nuestro Universo observable era más y más pequeña en el pasado, hasta reducirse a un punto en el momento de la Gran Explosión.
En lo que se refiere al contenido del Universo, el mejor ajuste a todas las observaciones se consigue asumiendo que vivimos en un espacio-tiempo plano, es decir, que cumple los tradicionales axiomas de la geometría euclidiana. Aproximadamente el 69 % del Universo consiste en una energía misteriosa, cuyo origen desconocemos, a la que llamamos energía oscura. El 31 % restante se compone de materia, aunque es necesario señalar que mientras que el 5 % es la materia habitual, que podemos ver y sentir a nuestro alrededor, el 26 % restante se compone de una materia cuya naturaleza aún hoy no conocemos: la llamamos — también— materia oscura. Cabe recordar aquí que, según la teoría de la relatividad de Einstein, masa y energía son dos caras de la misma entidad, por tanto cuando se realiza el censo del contenido del Cosmos ambas deben tenerse en cuenta.
Las primeras generaciones de estrellas nacieron dentro de esas galaxias avivando la energía oculta en la materia inundando el Cosmos de luz. Los átomos de H habían formado soles y luz estelar.
Entonces no había Planetas: sin embargo en la profundidad de los hornos estelares una fusión nuclear estaba creando átomos más pequeños de C, O, Si y Fe. Estos elementos, las cenizas que deja el H, fueron la materia prima de la que surgirían más tarde los Planetas y la vida.
Al principio los elementos pesados estaban atrapados en el corazón de las estrellas, pero las masivas pronto agotaron su combustible y en su agonía devolvieron casi toda su sustancia al espacio. El gas interestelar se hizo rico en elementos pesados. En la galaxia de la Vía Láctea la materia se recicló formando nuevas generaciones de estrellas ricas en átomos pesados: un legado de sus antecesores estelares.
Y en el gran espacio interestelar formaron grandes nubes turbulentas atraídas por la gravedad y movidas por la luz estelar. En sus profundidades, los átomos pesados se condensaron en granos de polvo rocoso y hielo y en complejas moléculas basadas en el C. De acuerdo con las leyes de la física y la química, los átomos de H habían proporcionado la materia de la vida. En otras nubes, conglomerados más masivos de gas y polvo formaron nuevas estrellas. Se adhirieron a ellas pequeñas condensaciones de materia, imperceptibles motas de roca, metal, hielo y gas y en estos mundos como en las nubes interestelares, se formaron moléculas orgánicas  hechas de átomos que se habían producido en el interior de las estrellas.
Todos los astros que vemos en el firmamento nacen de una densa nube molecular interestelar. En su centro se forman las primeras y más masivas que, al encender los hornos termonucleares y comenzar a brillar, irradian una fortísima energía ultravioleta. Esta radiación de partículas de alta energía se llama viento estelar (viento solar en el caso de nuestro Sol) y barre el material circundante de la nebulosa materna impidiendo de esta manera la formación de otros astros masivos en sus cercanías. En otras partes de la nube primigenia sí se forman más estrellas acaparando el material restante o lo diluyen con su radiación, desapareciendo la nebulosidad de manera que queda un cúmulo de estrellas jóvenes.
A los 3 minutos de existencia del Universo, ya existen 1.000 millones de núcleos y a los 30 minutos, ya se han producido 300 millones de plasma cósmico (estado en que se encuentra la materia que constituye los cuerpos más masivos del Universo el cual  se enfría y expande durante los siguientes 100.000 años, impidiendo las partículas elementales y los electrones libres, en un movimiento intensísimo, el paso de los fotones y por tanto de la luz. Es un Universo oscuro, es una sopa opaca. A partir de los siguientes 380.000 años de vida del Universo se había enfriado lo suficiente como para que se formen los átomos captando los electrones y dejando vía libre hacia el espacio oscuro a los fotones, formando un Universo transparente y luminoso.
En el año 1 millón de la existencia del Universo, comienzan a formarse los gérmenes de las galaxias, y así continúa hasta transcurridos 100 millones de años 
En el año 1.000 millones, a los 3 minutos de existencia del Universo, ya existen 1.000 millones de núcleos y a los 30 minutos, ya se han producido 300 millones de plasma cósmico (estado en que se encuentra la materia que constituye los cuerpos más masivos del Universo el cual  se enfría y expande durante los siguientes 100.000 años, impidiendo as partículas elementales y los electrones libres, en un movimiento intensísimo que impiden el paso de los fotones y por tanto de la luz. Es un Universo oscuro, es una sopa opaca. A partir de los siguientes 380.000 años de vida del Universo se había enfriado lo suficiente como para que se formen los átomos captando los electrones y dejando vía libre hacia el espacio oscuro a los fotones, formando un Universo transparente y luminoso. En el año 1 millón de la existencia del Universo, comienzan a formarse los gérmenes de las galaxias, y así continúa hasta transcurridos 100 millones de años.
En el año 1.000 millones, se generan las estrellas dentro de las galaxias, y a los 5.000 millones de años de vida del Universo, se forma la Vía Láctea, nuestra Galaxia. Y a partir de los 9.200 millones de existencia del Universo, se forma nuestro Sistema Solar un situado en un extremo, a 27.000 años luz de su centro, como se ve en una foto tomada por la nave espacial Cassini-Juygens. Si quisiéramos podríamos tomar esta fotografía como una lección de humildad por nuestra pequeñez en el Universo, de lo irrelevante que son nuestros problemas y diferencias cuando los vemos a esta escala.

Así pues nuestro Sistema Solar tiene unos 4.500 millones de años de existencia. El gas y el polvo se condensaron para formar los 9 planetas que giran alrededor del Sol con diversas órbitas y diferentes distancias, acompañado con unos 400.000 millones de estrellas que forman parte de un supercúmulo con más de 5.000 galaxias. Actualmente se estima que además del Universo observable existen más de cien mil millones de galaxias.

Hasta hace un par de años, los astrónomos habían descubierto en el orden de 500 planetas extrasolares, planetas que orbitan otras estrellas. Sin embargo, más recientemente, como resultado de la misión Kepler, un telescopio espacial que apunta continuamente a un campo estelar muy denso, se han encontrado un gran número de planetas adicionales, aproximadamente 1.200 candidatos en el último recuento. Los científicos asociados a la misión Kepler es que esas extrapolaciones sugieren que podría haber más o menos 500 millones, tal vez incluso mil millones de planetas similares a la Tierra orbitando estrellas como el sol que hay en nuestra galaxia. Si juntamos eso con el hecho de que sabemos, al menos en nuestro planeta, que la vida microbiana puede vivir en ambientes muy agresivos y diversos, está bastante claro que habrá ambientes en estos otros planetas que podrían albergar la vida.

Durante el primer semestre de 2016 utilizando telescopios de ESO (Observatorio Europeo Austral) y otras instalaciones, un equipo de astrónomos ha encontrado claras evidencias de la presencia de un planeta orbitando la estrella más cercana de la Tierra, que ha sido nombrada Próxima Centauri, situada a unos 4 años luz (1 año luz=9,46 billones de km.). Esta estrella fría de la constelación de Centaurus  es demasiado débil para poder ser detectada a simple vista, siendo una estrella “enana roja” las cuales se caracterizan por su pequeño tamaño y una temperatura en su superficie de menos de 4.000 ºK, y lo forman la mayor parte de las estrellas, siendo sus valores de masa y diámetro inferiores a la mitad de los del Sol. Por debajo de 0,08 masas solares se denominan estrellas marrones.

Y siguiendo esta dinámica de investigación astronómica, un equipo internacional de astrónomos ha descubierto recientemente un nuevo Sistema Solar con 7 Planetas del tamaño de la Tierra y que podrían albergar vida. Esta estrella tenue y fría llamada Trappist-1 del tamaño de nuestro planeta Júpiter se encuentra a una distancia de la Tierra a unos 40 años-luz. Sus Planetas que giran a su alrededor son rocosos, como la Tierra, Marte, Venus y Mercurio. El más cercano a su Sol tarda 1 día en completar su órbita, y el más alejado, 12 días. La Tierra tarda 1 año. Tres de estos Planetas están demasiado cerca de su astro, lo que hace que, probablemente, sus climas sean abrasadores; el 4º quizá sea un mundo helado, pero los restantes están dentro de la “zona habitable” y pueden albergar océanos y por lo tanto la existencia de agua líquida, lo que hace posible la vida.

La pregunta que nos hacemos es: ¿Habrá otros sistemas estelares en los que haya vida, y vida inteligente? Lo probable es que sí, ya que entre los miles de millones de galaxias puede encontrarse un sistema solar parecido al nuestro con algún planeta a la distancia apropiada de la estrella, con una atmósfera similar y con las condiciones necesarias para albergar vida y habitantes inteligentes.
Actualmente se estima que además del Universo observable existen más de cien mil millones de galaxias.

Lo improbable es llegar hasta ellos, o ellos hasta nosotros, ya que las distancias cósmicas de miden en miles y millones de años luz. Para llegar de un punto a otro del universo separados por esta distancia, se tardaría 1 año en llegar, pero a la velocidad de 300.000 km/sg (velocidad de la luz, hoy por hoy imposible de alcanzar por objeto alguno).

Pero lo que sabemos es una gota de agua. Lo que ignoramos es un inmenso océano.
¿Quiénes somos o qué somos? Según Teilhard de Chardin”somos la suma de todos los que nos precedieron, de todo lo que fue antes y nosotros de todo lo que hemos visto. Somos toda persona o cosa cuya existencia nos ha influido y a la que hemos influido. Somos todo lo que ocurre cuando ya no existimos, todo lo que no habría sido si no hubiéramos existido”.
Podemos elegir entre enriquecer la vida y conocer el Universo o dilapidar nuestra herencia autodestruyéndonos sin sentido. Porque el hombre que ha pisado la Luna y se dispone a pisar otros planetas, proclama el ideal de justicia y convivencia, sigue matándose y oprimiéndose entre sí.
El primer segundo del próximo año cósmico dependerá de lo que hagamos aquí y ahora con nuestra inteligencia y conocimiento del Cosmos. Lo importante es que cuidemos este puntito azul, pues es único hogar que tenemos.


Luis Pertejo.
Madrid, febrero, 2017.




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