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| SISTEMA UNIVERSO |
El Universo
Es generalmente definido como todo lo que existe físicamente: la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la energía y el impulso, las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término "universo" puede ser utilizado en sentidos contextuales ligeramente diferentes, para referirse a conceptos como el cosmos, el mundo o la naturaleza.
Observaciones astronómicas Indican que el Universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 Mil Mill. de años y por lo menos 93 Mil Mill. de "años luz" de extensión.
— Se cree que el evento que dio inicio al Universo fue el Big Bang y de momento todo indica que si. Mediciones sobre la distribución espacial y el desplazamiento hacia el rojo de galaxias distantes, la radiación cósmica de fondo de microondas, y los porcentajes relativos de los elementos químicos más ligeros, apoyan la teoría de la expansión del espacio, y más en general, la teoría del Big Bang, que propone que el espacio en sí se creó a partir de la nada en un momento específico en el pasado. El Big Bang fue el instante en que toda la materia y la energía del universo observable estaba concentrada en un punto de densidad infinita. Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse para llegar a su condición actual, y lo continúa haciendo. El espacio puede ampliarse a un ritmo superior que no está limitado por la velocidad de la luz. Por lo tanto, dos galaxias pueden separarse una de la otra más rápidamente que la velocidad de la luz, es el espacio entre ellas el que crece. Observaciones recientes han demostrado que esta expansión se está acelerando, y que la mayor parte de la materia y la energía en el universo es fundamentalmente diferente de la observada en la Tierra, y no es directamente observable. La imprecisión de las observaciones actuales ha limitado las predicciones sobre el destino final del Universo.
— Los experimentos sugieren que el Universo se ha regido por las mismas leyes físicas, constantes a lo largo de su extensión e historia. La fuerza dominante en distancias cósmicas es la gravedad, y la relatividad general es actualmente la teoría más exacta en describirla. Las otras tres fuerzas fundamentales, y las partículas en las que actúan, son descritas por el Modelo Estándar. El Universo tiene por lo menos tres dimensiones del espacio y una de tiempo, aunque experimentalmente no se pueden descartar dimensiones adicionales muy pequeñas. El espacio-tiempo parece estar conectado de forma sencilla y sin problemas, y el espacio tiene una curvatura media muy pequeña, de manera que la geometría euclidiana es, como regla general, exacta en todo el universo. La teoría actualmente más aceptada sobre la formación del Universo, dada por el belga valón Lemaître, es el modelo del Big Bang, que describe la expansión del espacio-tiempo a partir de una singularidad espaciotemporal. El Universo experimentó un rápido periodo de inflación cósmica que arrasó con todas las irregularidades iniciales. A partir de entonces el Universo se expandió y se convirtió en estable, más frío y menos denso. Las variaciones menores en la distribución de la masa dieron como resultado la segregación fractal en porciones, que se encuentran en el universo actual como cúmulos de galaxias.
— En cuanto a su destino final, las pruebas actuales parecen apoyar la Teoría de la expansión permanente del Universo, aunque otras afirman que la materia oscura puede ejercer la fuerza de gravedad suficiente para detener la expansión y hacer que toda la materia se comprima; algo a lo que los científicos denominan el "Big Crunch" o la Gran Implosión, es decir que es muy posible que el inmenso aro que rodeaba a las galaxias sea una forma de materia que resulta invisible desde la Tierra. Esta materia oscura tal vez constituya el 99% de todo lo que hay en el Universo. La fuerza gravitatoria de toda esa materia tal vez podría cesar e invertir con ella la expansión, así las galaxias empezarían a retroceder y con el tiempo chocarían unas contra otras, la temperatura se elevaría, y el Universo se precipitaría hacia un destino catastrófico en el que quedaría reducido nuevamente a un punto. Algunos físicos han especulado que después se formaría otro Universo, en cuyo caso se repetiría el proceso. Hoy en día, esta hipótesis parece incorrecta, pues a la luz de los últimos datos experimentales, el Universo se está expandiendo cada vez más rápido.
Descripción física
Tamaño Muy poco se conoce sobre el tamaño del Universo. Puede tener una longitud de billones de años luz o incluso tener un tamaño infinito. Un artículo de 2003 dice establecer una cota inferior de 24 gigaparsecs o 78.000 Mill. de años luz para establecer un posible tamaño del Universo. Hay distintas tesis del tamaño; una de ellas es que hay varios universos, otro es que el universo es infinito. El Universo observable o mejor dicho lo visible, que consiste en toda la materia y energía que podía habernos afectado desde el Big Bang dada la limitación de la velocidad de la luz, es ciertamente finito. La distancia comóvil al extremo del Universo visible ronda los 46.500 Mill. de años luz en todas las direcciones desde la Tierra. Así, el Universo visible se puede considerar como una esfera perfecta con la Tierra en el centro, y un diámetro de unos 93.000 Mill. de años luz. En el Universo las distancias que separan los astros son tan grandes que, si las quisiéramos expresar en metros, tendríamos que utilizar cifras inimaginables. Debido a ello, se utiliza como unidad de longitud el año luz, que corresponde a la distancia que recorre la luz en un año. El modelo más comúnmente aceptado es el propuesto por Albert Einstein en su Relatividad General, en la que propone un universo "finito pero ilimitado", es decir, que a pesar de tener un volumen medible no tiene límites, de forma análoga a la superficie de una esfera, que es medible pero ilimitada. No obstante, el volumen del universo no puede ser calculado, ya que no podemos observar nada más alejado del anteriormente citado límite de observación.
Forma Matemáticamente hablando, ¿qué 3-variedad (un campo que estudia variedades topológicas de tres dimensiones) representa mejor la parte espacial del Universo?
1. Si el Universo es espacialmente plano, se desconoce si las reglas de la geometría Euclidiana son válidas a mayor escala. Muchos cosmólogos creen que el Universo observable está muy cerca de ser espacialmente plano, con arrugas locales donde los objetos masivos distorsionan el espacio-tiempo, de la misma forma que la superficie de un lago es casi plana. Esta opinión fue reforzada por datos del WMAP, mirando hacia las "oscilaciones acústicas" de las variaciones de temperatura en la radiación de fondo de microondas.
2. Se desconoce si el Universo es múltiplemente conexo. El Universo no tiene cotas espaciales de acuerdo al modelo estándar del Big Bang, pero sin embargo debe ser espacialmente finito. Esto se puede comprender utilizando una analogía en dos dimensiones: la superficie de una esfera no tiene límite, pero no tiene un área infinita. Es una superficie de dos dimensiones con curvatura constante en una tercera dimensión. La 3-esfera es un equivalente en tres dimensiones en el que las tres dimensiones están constantemente curvadas en una cuarta. Si el Universo fuese compacto y sin cotas, sería posible, después de viajar una distancia suficiente, volver al punto de partida. Así, la luz de las estrellas y galaxias podría pasar a través del Universo observable más de una vez. Si el Universo fuese múltiplemente conexo y suficiente-mente pequeño entonces posiblemente se podría ver una o varias veces alrededor de él en alguna o todas direcciones, pero las últimas investigaciones de la radiación de fondo de microondas hacen que esto parezca improbable.
Composición El Universo observable actual parece tener un espacio-tiempo geométricamente plano, conteniendo una densidad masa-energía equivalente a 9,9 × 10-30 gramos por centímetro cúbico. Los constituyentes primarios parecen consistir en un 73% de energía oscura, 23% de materia oscura fría y un 4% de átomos. Así, la densidad de los átomos equivaldría a un núcleo de hidrógeno sencillo por cada cuatro metros cúbicos de volumen. La naturaleza exacta de la energía oscura y la materia oscura fría sigue siendo un misterio. Actualmente se especula con que el neutrino, partícula muy abundante en el universo, tenga, aunque mínima, una masa. De comprobarse este hecho, podría significar que la energía y la materia oscura no existen. Durante las primeras fases del Big Bang, se cree que se formaron las mismas cantidades de materia y antimateria. Materia y antimateria deberían eliminarse mutuamente al entrar en contacto, por lo que la actual existencia de materia y la ausencia de antimateria supone una violación de la simetría CP, por lo que puede ser que las partículas y las antipartículas no tengan propiedades exactamente iguales o simétricas o puede que simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorezcan la supervivencia de la materia frente a la antimateria. También se ha sugerido que quizás la materia oscura sea la causante de la bariogénesis al interactuar de distinta forma con la materia que con la antimateria. Antes de la formación de las primeras estrellas, la composición química del Universo consistía primariamente en hidrógeno, un 75% de la masa total, con una suma menor de helio-4, 24% de la masa total y el resto de otros elementos. Una pequeña porción de estos elementos estaba en la forma del isótopo deuterio, helio-3 y litio. Consecuentemente la materia interestelar de las galaxias ha sido enriquecida sin cesar por elementos más pesados. Éstos se han introducido como un resultado de las explosiones de supernovas, los vientos estelares y la expulsión de la cubierta exterior de estrellas desarrolladas. El Big Bang dejó detrás un flujo de fondo de fotones y neutrinos. La temperatura de la radiación de fondo ha decrecido sin cesar con la expansión del Universo y ahora fundamentalmente consiste en la energía de microondas equivalente a una temperatura de 2,725 K. La densidad del fondo de neutrinos actual es sobre 150 por centímetro cúbico.
Estructuras agregadas del universo
Las galaxias A gran escala, el universo está formado por galaxias y agrupaciones de galaxias. Las galaxias son agrupaciones masivas de estrellas, y son las estructuras más grandes en las que se organiza la materia en el Universo. A través del telescopio se manifiestan como manchas luminosas de diferentes formas. Además de estrellas y sus astros asociados como planetas, asteroides, etc., las galaxias contienen también materia interestelar, constituida por polvo y gas en una proporción que varia entre el 1 y el 10% de su masa. Se estima que el universo puede estar constituido por unos 50.000 millones de galaxias, aunque estas cifras varían en función de los diferentes estudios.
Clasificación Hay dos tipos de grupos:
La Vía Láctea los científicos llaman galaxias del Grupo Local, a un grupo de galaxias compuesto por las treinta galaxias más cercanas y a las que está unida gravitacionalmente nuestra galaxia y no suelen exceder de los 6.000 años luz.
Galaxias Exteriores todas las demás galaxias se las llama "galaxias exteriores", son las galaxias que están distribuidas por todo el Universo y presentan características muy diversas, tanto en lo que respecta a su configuración como a su antigüedad. Las más pequeñas abarcan alrededor de 3.000 millones de estrellas, y las galaxias de mayor tamaño pueden llegar a abarcar más de un billón de astros. Estas últimas pueden tener un diámetro de 170.000 años luz.
Formas Se han establecido así cuatro tipos distintos de galaxias, gracias a los telescopios actuales que permiten observaciones cada vez más detalladas de los distintos elementos del Universo y han hecho posible una clasificación más exacta por su forma:
Galaxias Elípticas en forma de elipse o de esferoide, se caracterizan por carecer de una estructura interna definida y por presentar muy poca materia interestelar. Se consideran las más antiguas del Universo, ya que sus estrellas son viejas y se encuentran en una fase muy avanzada de su evolución.
Galaxias
Espirales están constituidas por un núcleo central y dos o más brazos en espiral, que parten del núcleo. Éste se halla formado por multitud de estrellas y apenas tiene materia interestelar, mientras que en los brazos abunda la materia interestelar y hay gran cantidad de estrellas jóvenes, que son muy brillantes. Alrededor del 75% de las galaxias del Universo son de este tipo.
Galaxias Espirales Barradas es un subtipo de galaxia espiral, caracterizados por la presencia de una barra central de la que típicamente parten dos brazos espirales. Este tipo de galaxias constituyen una fracción importante del total de galaxias espirales. La Vía Láctea es una galaxia espiral barrada.
Galaxias Irregulares incluyen una gran diversidad de galaxias, cuyas configuraciones no responden a las tres formas anteriores, aunque tienen en común algunas características, como la de ser casi todas pequeñas y contener un gran porcentaje de materia interestelar. Se calcula que son irregulares alrededor del 5% de las galaxias del Universo.
La Vía Láctea La Vía Láctea es nuestra galaxia. Según las observaciones, posee una masa de 1.012 masas solares y es de tipo espiral barrada. Con un diámetro medio de unos 100.000 años luz se calcula que contiene unos 200.000 millones de estrellas, entre las cuales se encuentra el Sol. La distancia desde el Sol al centro de la galaxia es de alrededor de 27.700 años luz o 8,5 kpc. A simple vista, se observa como una estela blanquecina de forma elíptica, que se puede distinguir en las noches despejadas. Lo que no se aprecian son sus brazos espirales, en uno de los cuales, el llamado brazo de Orión, está situado nuestro sistema solar, y por tanto la Tierra. El núcleo central de la galaxia presenta un espesor uniforme en todos sus puntos, salvo en el centro, donde existe un gran abultamiento con un grosor máximo de 16.000 años luz, siendo el grosor medio de unos 6.000 años luz. Todas las estrellas y la materia interestelar que contiene la Vía Láctea, tanto en el núcleo central como en los brazos, están situadas dentro de un disco de 100.000 años luz de diámetro, que gira lentamente sobre su eje a una velocidad lineal superior a los 216 km/s.
Las constelaciones Tan sólo 3 galaxias distintas a la nuestra son visibles a simple vista. Tenemos la Galaxia de Andrómeda, visible desde el Hemisferio Norte; la Gran Nube de Magallanes, y la Pequeña Nube de Magallanes, en el Hemisferio Sur celeste. El resto de las galaxias son visibles con instrumentos telescópicos. Los grupos de estrellas de perfil identificable se conocen con el nombre de constelaciones. Hasta el presente, se han observado 88 constelaciones, algunas de ellas muy extensas, como Hidra o la Osa Mayor, y otras muy pequeñas como Flecha y Triángulo.
Las estrellas Son los elementos constitutivos más destacados de las galaxias. Estos soles, gaseosos y esféricos, brillan por sus gigantescas reacciones nucleares. Si la reacción no es muy grande comienza por emitir una luz roja oscura, y después se mueve hacia el estado superior, que es en el que está nuestro Sol, para posteriormente, al modificarse las reacciones nucleares interiores, dilatarse y finalmente enfriarse. Al acabarse el hidrógeno, se originan reacciones nucleares de elementos más pesados, más energéticas, que convierten la estrella en una gigante roja. Con el tiempo, ésta vuelve inestable, a la vez que lanza hacia el espacio exterior la mayor parte del material estelar. Este proceso puede durar 100 Mill. de años, hasta que se agota toda la energía nuclear, y la estrella se contrae por efecto de la gravedad hasta hacerse pequeña y densa, en la forma de enana blanca azul o marrón. Si la estrella inicial es varias veces más masiva que el Sol, su ciclo puede ser diferente, y en lugar de una gigante, puede convertirse en una supergigante y acabar su vida con una explosión denominada supernova. Estas estrellas pueden acabar como estrellas de neutrones. Tamaños aún mayores de estrellas pueden consumir todo su combustible muy rápidamente y finalmente derivar en un agujero negro. Los Púlsares son fuentes de ondas de radio que vibran con periodos regulares. La palabra Púlsar significa fuente de radio pulsante. Se detectan mediante radiotelescopios y se requieren relojes de extraordinaria precisión para detectar sus cambios de ritmo. 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 una muestra de cuásar del tamaño de una bola de bolígrafo tendría una masa de cerca de 100.000 toneladas. Su campo magnético, muy intenso, se concentra en un espacio reducido. Esto lo acelera y lo hace emitir gran cantidad de energía en haces de radiación que aquí recibimos como ondas de radio. La palabra Cuásar es un acrónimo de quasi stellar radio source o fuentes de radio casi estelares, se vió que mostraban un desplazamiento al rojo más grande que cualquier otro objeto conocido. La causa era el Efecto Doppler que mueve el espectro hacia el rojo cuando los objetos se alejan. El primer Cuásar estudiado, denominado 3C 273, está a 1.500 Mill. de años luz de la Tierra. Se han identificado miles de cuásares, algunos alejándose de nosotros a velocidades del 90% de la de la luz. Se han descubierto cuásares a 12.000 Mill. de años luz de la Tierra; prácticamente la edad del Universo. A pesar de las enormes distancias, la energía que llega en algunos casos es muy grande, equivalente la recibida desde miles de galaxias: como ejemplo, el s50014+81 es unas 60.000 veces más brillante que toda la Vía Láctea.
Los planetas Los planetas son cuerpos que giran en torno a una estrella y que deben cumplir además la condición de haber limpiado su órbita de otros cuerpos rocosos importantes, y de tener suficiente masa como para que su fuerza de gravedad genere un cuerpo esférico. En el caso de cuerpos que orbitan alrededor de una estrella que no cumplan estas características, se habla de planetas enanos, planetesimales, o asteroides. En nuestro Sistema Solar hay 8 planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, considerándose desde 2006 a Plutón como un planeta enano. Hasta el momento, fuera de nuestro Sistema Solar se han detectado en torno a 400 planetas extrasolares.
Los satélites Los satélites naturales son astros que giran alrededor de los planetas. El único satélite natural de la Tierra es la Luna, que es también el satélite más cercano al Sol.
Principales satélites de los planetas del sistema solar:
Tierra tiene 1 satélite: Luna
Marte tiene 2 satélites: Fobos, Deimos
Júpiter tiene 63 satélites: Metis, Adrastea, Amaltea, Tebe, Io, Europa, Ganimedes, Calisto, Leda, Himalia, Lisitea, Elara, Ananke, Carm, Pasifae, Sinope...
Saturno tiene 59 satélites: Pan, Atlas, Prometeo, Pandora, Epimeteo, Jano, Mimas, Encélado, Tetis, Telesto, Calipso, Dione, Helena, Rea, Titán, Heperión, Japeto, Febe...
Urano tiene 15 satélites: Cordelia, Ofelia, Bianca, Crésida, Desdémona, Julieta, Porcia, Rosalinda, Belinda, Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberón.
Neptuno tiene 8 satélites: Náyade, Thalassa, Despina, Galatea, Larisa, Proteo, Tritón, Nereida
Plutón tiene 3 satélites: Caronte, Nix, Hydra (Plutón es considerado planeta enano)
Asteroides y cometas Los discos de asteroides son objetos rocosos de muy diversos tamaños que orbitan en grandes cantidades en torno a la estrella, chocando eventualmente entre sí. Cuando las rocas tienen diámetros inferiores a 50m se denominan meteoroides. A consecuencia de las colisiones, algunos asteroides pueden variar sus órbitas, adoptando trayectorias muy excéntricas que periódicamente les acercan la estrella. Aparecen en aquellas zonas de la órbita de una estrella en las que por diversos motivos no se ha producido la agrupación de la materia inicial en un único cuerpo dominante o planeta. En nuestro sistema solar hay dos grandes discos de asteroides: uno situado entre las órbitas de Marte y Júpiter, denominado el Cinturón de asteroides, y otro mucho más tenue y disperso en los límites del sistema solar, a aproximadamente un año luz de distancia, denominado Nube de Oort. Se denominan cometas cuando la composición de sus rocas es rica en agua u otros elementos volátiles, el acercamiento a la estrella y su consecuente aumento de temperatura origina que parte de su masa se evapore y sea arrastrada por el viento solar, creando una larga cola de material brillante a medida que la roca se acerca a la estrella. |
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