Conclusiones

Conclusiones

            Las investigaciones realizadas alrededor del Universo han estado presentes a lo largo de la historia desde que el hombre puso su mirada en él. Sus secretos han tratado de ser revelados, y año tras años, los astrofísicos han realizado observaciones, experimentos así como establecido, modelos matemáticos, con el fin de buscar datos experimentales que se ajusten a ellos, y permitan la explicación de fenómenos pasados y la predicción del futuro del Universo.

            Después de realizar el trabajo, se ha llegado a las siguientes conclusiones:

• -       Diversos investigadores han establecido Teorías acerca de la evolución del Universo, que de acuerdo a sus observaciones y criterio, cumplen con las exigencias del establecimiento de una Teoría Física.

• -       Dentro del quehacer científico, se busca siempre probar las Teorías establecidas, de tal forma que algunos científicos apoyan algunas de ellas y rechazan otras, basándose en sus propias observaciones y datos experimentales.
• -       La Teoría del Bing Bang, el descubrimiento de la energía oscura, y la posibilidad de un Universo en expansión, parecen ser los puntos que los astrofísicos apoyan más, debido a que las observaciones del corrimiento al rojo, y diversas evidencias, apoyan estas propuestas.
• -       Basándose en extrapolación de datos experimentales, los astrofísicos han descrito el comportamiento del Universo, desde los primeros instantes del Bing Bang, hasta nuestros días, de tal forma que han propuesto una serie de acontecimientos ocurridos en el él, conforme ha transcurrido el tiempo.
• -       La ciencia y la religión no están contrapuestas, y esta idea ha sido apoyada por diversos científicos de la historia.
• 
  

• -       La NASA, ha sido muy asertiva al llevar a cabo el proyecto Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), ya que sus mediciones de la radiación de fondo de microondas, ha llevado a un cálculo muy exacto de las variables cosmológicas, y por lo tanto el cálculo de la edad del Universo, es muy preciso actualmente.

• -       El futuro del Universo, está basado en una serie de predicciones establecidas por diversos científicos. Solamente el tiempo y la determinación de evidencia experimental podrá ir definiendo cual propuesta es la más cercana a la realidad.

Introducción: Teorías Recientes sobre Evolución y Edad del Universo

Introducción: Teorías Recientes sobre Evolución y Edad del Universo

No podemos hablar de teorías recientes sobre  evolución y edad del universo, sin antes hablar del origen del universo.

Existen diversas teorías científicas acerca del origen del universo. Las más aceptadas son la del Big Bang y la teoría Inflacionaria que se complementan asi como la teoría de las pulsaciones .

Todas estas teorías se han intentado demostrar a partir de diferentes estudios y descubrimientos.

La teoría del Big Bang radica en que el universo que antes estaba condensado en un punto infinitamente denso, en un momento dado explotó y liberó una gran cantidad de energía y materia separando todo hasta ahora. Predicciones de Einstein , y de Edwin Hubble de que el Universo está en expansión, confirman esta teoría así como Radiación cósmica de fondo y la abundancia relativa de elementos primordiales como por ejemplo el helio.

Según la teoría del Big Bang, la expansión del universo pierde velocidad, mientras que la teoría inflacionaria lo acelera e induce el distanciamiento, cada vez más rápido, de unos objetos de otros.

La teoría de las pulsaciones, ( Big Crunch), supone, que después de un proceso de expansión, viene otro de contracción, lo cual es semejante a algunos procesos presentados por algunas estrellas.Esta teoría propone un universo cerrado, e indica que la expansión del Universo irá frenándose poco a poco, hasta que comiencen nuevamente a acercarse todos los elementos que conforman el Universo, volviendo al punto original, de tal manera se destruirá toda la materia y se obtendrá un único punto de energía, como lo que ocurrió antes de la Gran Explosión o Bing Bang.

Los científicos se han abocado a medir la edad de universo con diversos aparatos, la tecnología del WMAP ha permitido determinar la edad del universo con una precisión asombrosa: con un margen de error < 1%. Observaciones astronómicas indican que el universo tiene una edad de 13,73  millones de años y por lo menos 93.000 millones de años luz de extensión.

Desde entonces, la evolución del universo ha pasado por tres fases o etapas que en este trabajo esta numeradas (I , II, III,), el universo muy primigenio, que sigue siendo comprendido pobremente, fue la fracción de segundo que el universo estaba tan caliente que las partículas tenían una energía tan alta que estas sólo son accesibles en la Tierra con un acelerador de partículas.

Siguiendo a esto, la etapa II, la evolución del Universo procedió de acuerdo a la conocida física de alta energía. Fue entonces cuando se formaron los primeros protones, neutrones y electrones, después los núcleos y finalmente los átomos. Con la formación de hidrógeno neutro, se emitió el fondo cósmico de microondas. Finalmente, la etapa III, de las formaciones estructurales comenzó, cuando la materia empezó a agregarse en las primeras estrellas y quásares y por último se formaron las galaxias, las agrupaciones galácticas y los supercúmulos.

En su evolución los investigadores han descubierto que hay un incremento de galaxias con respecto a las existentes hace  13 millones de edad, por lo tanto es una evidencia de que la  teoría jerárquica de la formación de las galaxias es cierta y que las galaxias más grandes van engullendo a las más pequeñas.

Por esto en las entradas de este blogger encontraremos algunas teorías del origen del  Universo: Big bang y de las pulsaciones, también analizaremos brevemente algunas pruebas de las expansión del universo, así como encontraremos un comentario sobre si estas teorías contradicen la fe en Dios Creador del Universo.

También es posible leer sobre la edad que se calcula tiene el universo y como se ha calculado y  las etapas de la evolución del Universo, sin olvidar lo que se espera será el destino ultimo del Universo. 

Bibliografía

BIBLIOGRAFÍA

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8)      Kelemen, L. (2007) El Big bang y la gran pregunta. Recuperado el 09/07/12

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13) Video: Recuperado el 09/07/12 de http://www.youtube.com/watch?v=Eguq80W9f88

14) Wikipedia (n.d.) Recuperado el 09/07/12 de  http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_del_Big_Bang#Abundancia_de_elementos_primordiales

Posibilidades sobre el destino del Universo

 DESTINO ÚLTIMO DEL UNIVERSO

Según Chamero (2008), aparte de interpretar lo que ocurrió en las etapas muy tempranas, se requieren avances en física fundamental para poder predecir con cierta certeza el destino último del Universo. Algunas posibilidades sobre el destino del Universo son:

ü  Muerte calórica: dentro de 1 a 100 trillones de años: Este escenario es considerado el más probable, de continuar la expansión. Dentro de una escala de tiempo medida en trillones de años las estrellas se quemaran totalmente y el U se tornará oscuro, aproximándose a un estado de alta entropía.

ü   El Gran Colapso: dentro de 100 billones de años: Si la densidad de energía de la energía oscura fuera negativa o el universo se cerrara, sería posible que la expansión del Univerrso revirtiera su marcha contrayéndose hacia un estado muy denso y caliente. Esto seria equivalente a ir hacia atrás en el tiempo. Esta hipótesis es frecuentemente presentada como parte de un modelo de Universo oscilatorio. Observaciones actuales sugieren que este modelo es improbable y que la expansión seguiría su marcha.

ü   La Gran Rotura: Este escenario es posible solo si la densidad de energía de la energía oscura actual creciera sin límite a lo largo del tiempo. En este caso la expansión del Universo crecería sin límites. Los sistemas gravitacionales tales como los clusters de galaxias, galaxias y finalmente el sistema solar se desgarrarían en pedazos. De esta forma, el Universo se expandiría tanto que la fuerza electromagnética que mantiene a las cosas juntas no podría hacer frente a la expansión. 

ü   Caso de Metaestabilidad del Vacío: Si nuestro U estuviera en un falso vacío de larga vida, seria posible que sufriera una especie de efecto túnel hacia un estado de menor energía. Si esto ocurriera todas las estructuras se destrozarían en forma instantánea, sin ningún tipo de aviso previo.

Etapas de formación del Universo (3)

III.   FORMACIÓN DE LA ESTRUCTURA

                     La formación de estructuras en el modelo del BB procede en forma jerárquica, de las pequeñas a las grandes. Las primeras estructuras fueron los quasars, los cuales se cree eran brillantes, tempranas galaxias activas y estrellas del tipo Población III.

ü  Reionizacion: Los primeros quasars se formaron por colapso gravitacional. La intensa radiación emitida re-ionizó el U. A partir de este momento podemos imaginar al Universo compuesto por plasma.

ü   Formación de las estrellas: Las primeras estrellas, fundamentalmente las de Población III, conforman y arrancan el proceso de transformar los elementos livianos formados inicialmente, hidrogeno helio y litio, en elementos más pesados. Sin embargo no han quedado estrellas del tipo Población III por lo cual su formación es aún un misterio.

ü   Formación de Galaxias: Grandes volúmenes de materia colapsan para formar una galaxia. Estrellas de Población II se formaron en este proceso temprano y las de Población I más tarde.

ü  Formación de grupos, clusters y súper clusters: La atracción gravitacional empuja a las galaxias entre si para formar grupos, clusters y súper clusters. Estos son grandes grupos de pequeños grupos de galaxias y cúmulos.

ü   Formación de nuestro sistema solar – 8.000 millones de años: Finalmente se forman los objetos de nuestro sistema solar. Nuestro sol es una estrella de generación tardía, que como tal incorpora los residuos de muchas generaciones de estrellas más tempranas y que se ha formado aproximadamente 5.000 millones de años atrás, o aproximadamente de 8.000 a 9.000 millones de años luego del BB. 

ü   Hoy: a 13.700 millones de años del Big Bang: Las mejores estimaciones de la vida del Universo actual es de 13.700 millones de años desde el BB. Dado que la expansión del universo parece acelerarse, los súper clusters son probablemente las mayores estructuras que formaran el universo del futuro. La expansión acelerada actual impide que otras estructuras inflacionarias entren en el horizonte e impide que se formen nuevas estructuras gravitacionales. 

Etapas de formación del Universo (2)

I.              EL UNIVERSO TEMPRANO

Al término de la inflación, el universo está compuesto por un plasma de quark-gluones. A partir de aquí la física del universo es más comprensible y menos especulativa

ü  Rotura de la Súper simetría (SUSY): Si la súper simetría es una propiedad de nuestro universo, debe haberse roto entonces a una energía tan baja como 1Tev, la escala de la simetría electro débil.

ü   La Época Quark: Entre 10^-12 s y 10^-6 s después del Bing Bang. Las interacciones de las cuatro fuerzas toman su forma actual pero la temperatura del universo es todavía demasiado alta para permitir que los quarks se junten para formar hadrones.

ü   La Época de los hadrones: Entre 10^-6 s y 1,0 s después del Bing Bang. El plasma de quark-gluones que compone el U se enfría hasta que hadrones, incluyendo bariones tales como protones y neutrones puedan formarse. Aproximadamente 1 segundo después del BB los neutrinos se desacoplan y comienzan a viajar libremente por el espacio. El “fondo cósmico de neutrinos”, de muy difícil observación, es análogo a la “radiación cósmica de fondo” que es emitida mucho mas tarde. 

ü   La Época de los Leptones: Entre 1 segundo y 3 minutos después del BB. La mayoría de los hadrones y anti-hadrones se aniquilan entre si al fin de la Época de los hadrones dejando leptones y anti-leptones como dueños del universo. Aproximadamente 3 segundos después del BB la temperatura del universo cae a un punto tal que pares lepton/anti-lepton no son maá creados y la mayor parte se aniquilan entre si dejando solo un residuo de leptones.

ü   La Época de los Fotones: Entre 3 minutos y 380.000 años después del BB. Después de la aniquilación entre leptones y anti-leptones la energía del U es dominada por los fotones. Estos fotones siguen interactuando frecuentemente con protones cargados y eventualmente con núcleos y continuaron haciéndolo a lo largo de 300.000 años. 

ü   Núcleo síntesis: Entre 3 minutos y 20 minutos después del BB. Durante la Época de los Fotones la temperatura del U cae hasta el punto que pueden comenzar a formarse los núcleos atómicos. Los protones (iones de hidrógeno) y los neutrones comenzaron a combinarse en núcleos atómicos en un proceso de fusión nuclear. En este momento hay casi tres veces más hidrógeno que helio-4 y solo trazas de otros núcleos. 

ü   El dominio de la materia – 70.000 años: En este momento las densidades de la materia no relativista , o sea los núcleos atómicos, y la radiación relativista, o sea los fotones, son iguales.

ü   Recombinación – 240.000 a 310.000 años: Los átomos de hidrogeno y helio comienzan a formarse y la densidad del U cae. Durante la recombinación, ocurren desacoplamientos causando que los fotones evolucionen por su lado. Al fin del proceso los átomos son neutros, los fotones pueden fluir libremente y el Universo se convierte en transparente. Los fotones emitidos justo después de la recombinación dan lugar a lo que se conoce como radiación CMB o Fondo de Radiación Cósmica y que lleva en sí las características del Universo de esa época. 

ü   La Edad Oscura: Antes de producirse el desacoplamiento la mayor parte de los fotones del Universo interactuaban con electrones y protones en  el fluido fotones-bariones. El Universo es opaco o nublado. Había luz pero no una luz que pudiera observarse desde un telescopio. La masa barionica del Universo consistía de plasma ionizado que se comportaba como neutral cuando ganaba electrones libres durante recombinaciones y de allí generando la CMB. Cuando los fotones se desacoplaron el Universo pasó a ser transparente. En este punto la única radiación emitida era la línea espectral del hidrogeno neutro de 21 centímetros. Actualmente se esta tratando de obtener trazas de ésta débil radiación, lo que seria mas útil que el fondo de microondas cósmico para estudiar el Universo temprano. 

Etapas de formación del Universo (1)

I.              EL UNIVERSO MUY TEMPRANO 

                   Todas las ideas de esta etapa son especulaciones no soportadas aún por experimento alguno. Las etapas son más o menos secuenciales pero como podrán apreciar hay superposiciones. De acuerdo con Chamero (2008):

ü  Antes del Big Bang: No existía el tiempo y por eso algunos le llaman Era Pre Agustiniana, rememorando al santo y filósofo san Agustín quien creía que Dios había creado el tiempo como una propiedad del universo. Con ello los astrofísicos quieren significar la singularidad gravitacional de un “punto geométrico” en el instante “CERO” del Big Bang pues la palabra “antes” dejaría de tener sentido. 

ü  La Época Planck: 10^-43 segundos después del Bing Bang. Existe la hipótesis de súper simetría las cuatro fuerzas fundamentales tienen la misma intensidad y posiblemente estén unificadas como una única fuerza. Poco es lo que se sabe de esta época. La teoría de la relatividad general de Einstein propone una singularidad gravitacional antes de esta época aunque la teoría dejaría de tener validez por efectos cuánticos.

ü   La Época de la Gran Unificación: Entre 10^-43 s y 10^-36 s posteriores al Bing Bang. A medida que el universo se expande y se enfría, la gravedad comienza a separarse de la interacción fundamental del electromagnetismo, y las que luego serán las fuerzas nucleares débiles y fuertes. Luego se produciría la rotura del lazo entre las dos fuerzas nucleares.

ü  La Época de la Fuerza Electro Débil: Entre 10^-36 s y 10^-12 s posteriores al Bing Bang. La temperatura es ya lo suficientemente baja (10²⁸ K) como para que la Fuerza Nuclear Fuerte se separe de la de la Fuerza Electro Débil.  Esta fase activa a su vez un periodo de expansión exponencial conocido como “inflación cósmica”. Al fin de esta inflación las interacciones entre partículas son tan fuertes como para crear un gran número de partículas exóticas: bosones W, bosones Z y bosones Higgs.

ü  La Época Inflacionaria: Entre 10^-36 s y 10^-32 s posteriores al Bing Bang. Durante ésta época el universo se achata y entra rápidamente en una fase de expansión homogénea e isotrópica y comienzan a aparecer las primeras semillas de formaciones estructuradas. Parte de la energía de los fotones se convierte en quarks virtuales e hiperones pero de vida efímera. 

Medición de la edad del Universo

La Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) es una sonda de la NASA cuya misión es estudiar el cielo y medir las diferencias de temperatura que se observan en la radiación de fondo de microondas, o sea, la temperatura del calor radiante remanente del Bing Bang. Fue lanzada por un cohete Delta II el 30 de junio del 2001 desde Cabo Cañaveral. La misión es conducida por el Profesor Charles L. Bennett de la Universidad Johns Hopkins University, conjuntamente con la NASA Goddard Space Flight Center y con la Universidad de Princenton. 

Es por medio de este proyecto que la NASA determinó que el Universo tiene 13 700 millones de años, con una incertidumbre de 200 millones de años. El WMAP, determinó con mayor asertividad una serie de parámetros tecnológicos. Según el artículo de Cosmología (s.f), la edad del universo depende básicamente de 3 parámetros cosmológicos:

Hₒ = constante de Hubble
Ωᵤ = densidad cósmica de materia ordinaria + materia oscura
Ωₓ = densidad cósmica de energía oscura

De esta forma, la precisión con que se conoce la edad del universo dependerá de la precisión en las mediciones de Hₒ, Ωᵤ, Ωₓ. Antes del WMAP las estimaciones para Hₒ eran muy dispares y los errores de medición grandes. Pero la tecnología del WMAP ha permitido determinar la edad del universo con una precisión asombrosa: con un margen de error < 1%.

La imagen esquematiza la evolución del universo desde el Bing Bang, y como el WMAP detecta la radiación de fondo del microondas

Teoría de las pulsaciones

En cosmología, la teoría de las pulsaciones, es conocida también como Teoría del Big Crunch, lo cual significa la Teoría del Gran Colapso. Esta teoría supone, que después de un proceso de expansión, viene otro de contracción, lo cual es semejante a algunos procesos presentados por algunas estrellas.

Esta teoría propone un universo cerrado, e indica que la expansión del Universo irá frenándose poco a poco, hasta que comiencen nuevamente a acercarse todos los elementos que conforman el Universo, volviendo al punto original, de tal manera se destruirá toda la materia y se obtendrá un único punto de energía, como lo que ocurrió antes de la Gran Explosión o Bing Bang.

La Teoría de las pulsaciones, indica que el punto inicial estaba formado por los restos de un universo anterior. Por lo tanto, en algún momento el movimiento de expansión cesará y se iniciaría otro de contracción que impulsaría la unión de los fragmentos. Las fuerzas de atracción buscarán la concentración inicial, y el “huevo cósmico”, inestable volvería a estallar, con lo cual se reiniciaría el ciclo. Según esta teoría, los dos procesos (de expansión y de contracción) se alternarían periódicamente y en forma indefinida.

Según la observación de la luz de las estrellas, estas presentan el llamado corrimiento al rojo, lo que demuestra que el universo sufre una expansión rápida. Esto fue descubierto a fines de los años 1990, en donde observaciones de supernovas arrojaron el resultado inesperado de que la expansión del universo, no solamente se estaba dando, sino que está acelerándose. Estas observaciones parecen más firmes a la luz de nuevos datos. Esto significa que la velocidad a la que una galaxia distante se aparta de nosotros aumenta con el tiempo. Si ocurriera una contracción, se observaría un corrimiento al azul.

Se ha descubierto una energía  que es la causante de la aceleración del espacio-tiempo. Dado que no puede ser observada directamente, se ha dado en llamarla energía oscura. El descubrimiento de dicha energía, ha provocado que muchos cosmólogos abandonen la teoría de este universo oscilante. Actualmente, esta teoría es considerada obsoleta por algunos científicos, dado que la NASA ha conseguido datos que podrían apoyar la Teoría de la expansión continuada del Universo. 

Evolución de las primeras galaxias en el Universo

Evolución de las primeras galaxias en el Universo

Por Eileen Jiménez Ch.

En la búsqueda de nuevas galaxias y de indicios de que la teoría del Big bang es cierta los investigadores han descubierto que hay un incremento de galaxias con respecto a las existentes hace  13 millones de edad, cuando sucedió el Big bang, por lo tanto es una evidencia de que la  teoría jerárquica de la formación de las galaxias es cierta.

Según ScienceDaily (Sep. 13, 2006), sobre el resultado de las observaciones,

“Las investigaciones arrojan que las grandes galaxias al chocar con las las galaxias más pequeñas  se fusionaron. Para realizar esta investigaciones Los astrónomos Rychard Bouwens y Garth Illingworth de la Universidad de California en Santa Cruz, usaron el Telescopio Espacial Hubble para estudiar la formación de las galaxias durante los primeros 900 millones de años después del Big Bang”.

Esto  investigadores observaron cientos de galaxias brillantes con el telescopio Hubble , con una edad de alrededor de 900 millones de años después del Big Bang. Pero cuando miraron más atrás, a unos 700 millones de años después del Big Bang aparecieron solo algunas galaxias; lo que hizo evidente que en 200 millones de años se produjeron muchos cambios y lo más probable es que las galaxias pequeñas se fusionaron con las grandes y luminosas, lo que confirma que las galaxias pueden engullir otras más pequeñas por el choque de  galaxias mas pequeñas contra las mas grandes.

Según ScienceDaily (Sep. 13, 2006)

          "Las más grandes, las galaxias más luminosas simplemente no estaban en su lugar a 700 millones de años después del Big Bang. Sin embargo, 200 millones de años después (900 millones de años después del Big Bang), había muchas más de ellas, por lo que debe haber habido un montón de fusión de galaxias menores durante ese tiempo," dijo Illingworth”.

En la presentación de las siguientes imagines, a propósito de los 18 años del lanzamiento del telescopio espacial Hubble y para celebrar su mayoría de edad la ESA y la NASA publicaron  imágenes de galaxias en colisión :

Imagen tomada de : http://www.spacetelescope.org/static/archives/images/newsfeature/heic0810aa.jpg

Veamos lo que nos dice a propósito de la formación de galaxias por choque de unas con otras, según  ESA / Hubble 's (2012)

“Nuestra propia Vía Láctea contiene los restos de las muchas galaxias menores que ha encontrado y devorado en el pasado, y actualmente está absorbiendo la galaxia elíptica enana de Sagitario. A su vez, parece como si la Vía Láctea se integrará a su vecino gigante, la galaxia de Andrómeda, dando como resultado una galaxia elíptica, apodada "Lactómeda", el nuevo hogar de la Tierra, el Sol y el resto del Sistema Solar en cerca de dos mil millones de años. Las dos galaxias están actualmente corriendo el uno hacia el otro a unos 500.000 kilómetros por hora”.(Pág 1.) 

Ahora veamos cómo  realizan  los cálculos, para conocer la edad del universo desde que una fuente emitió su luz, según UCO(N.d.)

Para localizar las galaxias que se formaban cerca del principio del universo, los astrónomos buscan las fuentes que tienen corrimientos al rojo muy alto. Como resultado de la expansión del universo, la luz de las galaxias distantes se desplaza hacia longitudes de onda. El proceso se denomina corrimiento al rojo y es bastante análoga a la del conocido efecto Doppler en la que se observó un aumento en el tono para acercarse a los sonidos y una disminución del retroceso se caracteriza por sonidos”.( Pág 1)

El corrimiento al rojo de una fuente nos dice de la  cantidad de luz que de esa fuente se ha desplazado en longitud de onda desde que fue emitida originalmente. Por ejemplo, un corrimiento al rojo de 2 significa que la luz de una fuente tiene tres veces más grande la longitud de onda desde que fue emitida, un corrimiento al rojo de 3 significa que la luz de una fuente se ha cuadruplicado en la longitud de onda desde que fue emitida, y un corrimiento al rojo de 0 significa que no había ningún cambio en la longitud de onda de la luz desde la emisión. el corrimiento al rojo de una fuente sirve  para determinar la edad del universo en el  momento que una fuente emitió su luz. (UCO, N.d.)

Según UCO (n.d.), “con  estas medidas se han descubierto corrimientos al rojo de 6 y de 10 lo que quiere decir que la  edad de formación las actuales galaxias va desde los 500 y los 900 millones de años después del Big Bang. Algunos resultados recientes, se ha descubierto que hay 600 galaxias que tienen corrimientos al rojo de 6, lo que significa que estos objetos emiten su luz cuando el universo tenía sólo 900 millones de años”.

Gracias a la comprensión que tienen los investigadores sobre la luminosidad y el corrimiento hacia el rojo ellos han logrado determinar  o al menos estimar  la densidad de volumen de una  galaxia, así como  medir su tamaño, o su masa.