Capítulo 1 ¿Cómo es el universo?

Resumen

Capítulo 1 ¿Cómo es el universo?

El universo es muy antiguo y muy grande y para hallarle un valor a estas dos características es bastante complejo, los astrónomos le atribuyen al universo una edad de 13800 millones de años y respecto a la característica de lo grande que es, se tiene que decir que es un dato desconocido, ya que el universo está en constante expansión.

La expansión del universo: el descubrimiento de la expansión del universo se debe al astrónomo Edwin Hubble, quien encontró que las galaxias lejanas parecen alejarse de nosotros y que la velocidad  de alejamiento de una galaxia es poporcional a la distancia  que nos separa de ella: [pic 1][pic 2]

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La constante de Hubble es  la cual tiene un valor de 70 km/s/Mpc lo cual significa que una galaxia que está a 3,26 años- luz se aleja de nosotros a una velocidad de 70 km/s. La ley de Hubble estima que la edad del universo desde el Big Bang es de 13900 millones de años, pero esta cifra no concuerda con lo mencionado anteriormente (13800 millones de años).[pic 4]

Con esta conclusión nos encontramos con una aparente contradicción: si la velocidad de la luz es la mayor velocidad posible, ¿Cómo pueden algunas galaxias alejarse de nosotros a una velocidad mayor que la de la luz? La respuesta es que la velocidad  que aparece en la constante de Hubble se debe a la expansión del espacio que media entre una galaxia y nosotros y no al movimiento de una galaxia con respecto a su entorno. [pic 5]

El desplazamiento al rojo: la luz que nos llega de las galaxias lejanas también experimenta otro fenómeno: se encuentra desplazada hacia longitudes de onda más grandes, o como dicen los astrónomos: “desplazada hacia el rojo”. Las galaxias no emiten solo luz visible, sino radiación electromagnética en prácticamente todo el rango de longitudes de onda del espectro electromagnético. Ordenadas de menor a mayor longitud de onda, las regiones del espectro electromagnético en las que emiten las galaxias son: rayos X, luz ultravioleta, luz visible, luz infrarroja y ondas de radio. La intensidad de la radiación electromagnética emitida por una galaxia no se reparte por igual en todas las longitudes de onda: en algunas de ellas hay más emisión que en otras. Los astrónomos tienen tabuladas las longitudes de onda a las que absorben la radiación electromagnética en estado gaseoso muchas moléculas o átomos aislados, porque las líneas de absorción de un determinado tipo de moléculas son como huellas dactilares: su presencia en el espectro permite determinar el tipo de sustancia que absorbió la luz a partir del patrón observado de líneas de absorción.

Aspecto del universo a gran escala: la mayoría de las galaxias forman agrupaciones con galaxias vecinas. Las agrupaciones más pequeñas reciben el nombre de grupos. Un grupo suele estar formado por unas pocas decenas de galaxias, entre las que hay un número reducido de galaxias grandes; el resto son galaxias más pequeñas que orbitan alrededor de las más grandes y todas las están unidas gravitatoriamente. Lo que quiere decir que aunque el universo se expanda un grupo de galaxias se mantiene unida y no se ve afectada por la expansión del universo.

Otro tipo de agrupación de galaxias son los cúmulos: son agrupaciones con un mayor número de miembros que los grupos que pueden llegar a ser miles de galaxias, comúnmente los cúmulos tienen un diámetro de 10 millones de años-luz y estas también están unidas gravitatoriamente lo que significa que no se ven afectadas por la expansión del universo.

 Los cúmulos no son el tipo de agrupación más grande que existe en el universo, puesto que a su vez los cúmulos de galaxias no se distribuyen homogéneamente por él. Al contrario, forman filamentos y láminas interconectados entre sí como una red tridimensional en cuyas cavidades casi no hay galaxias y se supone que tampoco hay prácticamente gas. El diámetro de estas cavidades son del orden de 150 millones de años-luz. Estas estructuras se han formado por la acción de la gravedad a lo largo de la historia del universo.

Composición del universo: las galaxias y el gas intergaláctico son materia ordinaria, es decir, materia formada por átomos como la que tenemos a nuestro alrededor. Aparte de la materia ordinaria hay otros componentes del universo: la radiación electromagnética emitida por las galaxias y la radiación electromagnética formada por los fotones.

La materia oscura: además de los componentes mencionados anteriormente los astrónomos han descubierto otro componente llamado la materia oscura y la energía oscura. Se sabe que no es materia ordinaria que existe en forma de galaxias y gas intergaláctico ya que la composición original del universo es un 75% de hidrogeno y un 25% de helio, así que el resto de la masa de los cúmulos no puede ser materia ordinaria. Otra razón las la que no es materia ordinaria es que a partir de la observación de las más lejanas, los astrónomos pueden saber cuánto tardaron en formarse las primeras galaxias. Pero el hidrogeno y el helio no eran los únicos componentes.

Por lo tanto es necesario que haya más materia que la materia ordinaria en el universo y además que esa materia sea oscura, o sea que no interaccione con la radiación electromagnética para que pueda densificarse por la acción de la gravedad sin ser dispersada por los fotones del fondo cósmico de microondas.

Capítulo 2 Naturaleza y evolución de las galaxias

No todas las galaxias son iguales: de una a otra puede haber diferencias enormes de tamaño, forma y composición. Esas diferencias se deben a la historia particular de cada una. Existen las llamadas galaxias espirales, poseedoras de brazos con forma de espiral que surgen desde un núcleo central de forma más o menos esférica, conocido como bulbo; galaxias elípticas, con forma de elipsoide, y las galaxias irregulares, que no tienen una forma bien definida. Las galaxias espirales suelen ser grandes, con diámetros del orden de centenares de miles de años-luz. Entre las elípticas tenemos una mayor variedad de tamaños: la mayoría de ellas son galaxias enanas, pero las hay tamaño intermedio e incluso galaxias elípticas gigantes, cuyas dimensiones son mayores que las de las espirales más grandes. Las galaxias irregulares deben su aspecto a estar colisionando o haber colisionado “recientemente” con otras vecinas, o a estar experimentando un periodo muy intenso de formación estelar.

Una galaxia está compuesta por estrellas, gas, polvo, materia oscura y en muchos caso, un agujero negro central. Las proporciones relativas de los distintos componentes dependen de la historia de cada galaxia y muestran una cierta correlación con su forma.

 Como las estrellas de una galaxia se forman a partir de las nubes moleculares, también existe una relación entre la forma de las galaxias y la edad de las estrellas que las componen. Las galaxias irregulares y las espirales cuentan con una buena proporción de estrellas jóvenes, formadas recientemente a partir del gas de la galaxia, y las estrellas de las galaxias elípticas, por el contrario son viejas con edades del orden de varios miles de millones de años.  

El último componente de las galaxias es la materia oscura. Tanto en las espirales como en las elípticas, la materia oscura se distribuye de forma aproximadamente esférica, en un volumen mayor que el que ocupan sus estrellas. Esto hace que la mayor parte de la masa de una galaxia sea materia oscura: esta es unas 10 veces mayor que la masa contenida en las estrellas y el gas de la galaxia.

Formación y evolución de las galaxias: el aspecto que tienen las galaxias en la actualidad no es el mismo que tenían cuando el universo era más joven. Se puede saber cómo eran las galaxias en el pasado observando las más alejadas de nosotros, ya que cuanto mayor distancia a la que está un objeto, lo vemos tal como era en una época más temprana del universo. A partir de esto se puede predecir qué será de las galaxias en el futuro.

Entre las lejanas (más antiguas) hay una mayor proporción de galaxias irregulares que entre las galaxias actuales. También el tamaño de las galaxias lejanas suele ser más pequeño que el de las actuales del mismo tipo. Como resultado de las fusiones entre galaxias, si pudiéramos observar un determinado volumen del universo y seguir su evolución conforme este se expande, el número de galaxias dentro de este volumen disminuiría con el tiempo.

Las colisiones entre galaxias son procesos muy lentos a escala humana, ya que suelen durar millones de años, así que nadie ha visto una en todas sus etapas. La mayoría de estas se encuentran en el centro de los cúmulos de galaxias.

Evolución química de una galaxia: las galaxias se formaron en una época muy temprana de la historia del universo. La distancia a la que están las más alejadas de nosotros sugiere que ya existían cuando este tenía 1000 millones de años de edad. No todas las estrellas de una galaxia se formaron a la vez, la luminosidad de cada una de ellas es la cantidad de energía que emite por unidad de tiempo en forma de radiación electromagnética.

Existen distintos tipos de estrellas, las hay que emiten luz con tonos azulados, pasando por el blanco y el amarillo hasta el anaranjado-rojizo. El color de la luz de una estrella depende de la temperatura de sus capas exteriores.

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