La Composició de l'Univers i la Teoria del Big Bang

Composició de l'Univers

L'Univers es compon principalment de quatre elements:

• Matèria normal visible (estels, planetes i gasos calents intergalàctics): 0,4%
• Matèria normal no lluminosa (forats negres i gas intergalàctic): 3,6%
• Matèria fosca (no emet cap tipus de radiació o llum): 21%
• Energia fosca (distribuïda de manera homogènia per l’espai. S’oposa a l’atracció mútua entre les galàxies i causa l’expansió accelerada de l'Univers): 75%

La Teoria del Big Bang

George Gamow va proposar que l’Univers es va crear després d’una gran explosió, el Big Bang. Segons aquesta teoria, fa aproximadament 13.700 milions d’anys, tota la matèria estava concentrada en una zona molt petita. Quan es va produir l’explosió, la matèria va sortir impulsada en totes direccions. Posteriorment, la matèria es va concentrar en alguns llocs de l’espai, on es van formar els primers estels i les primeres galàxies. Des de llavors, l’Univers continua en evolució constant.

Proves de la Teoria del Big Bang

La confirmació inicial d’aquesta teoria va ser l’observació de l’efecte Doppler (desplaçament cap al vermell) i l’augment de la distància de les galàxies, fet que permetia deduir que l’Univers estava en expansió. Tot i això, la teoria no va ser àmpliament acceptada fins que dos grans descobriments van aportar proves irrefutables:

• La radiació de fons de microones còsmiques, que és la resplendor residual de la gran explosió.
• L’eco del Big Bang, que va ser possible gràcies a les dades aportades pel satèl·lit COBE, el qual va detectar petites pertorbacions de la radiació còsmica (variacions de temperatura en la radiació de microones de fons).

Evolució inicial de l'Univers

Una centèsima de segon després del Big Bang, les partícules elementals acabades de formar (electrons, positrons, neutrins, protons, neutrons, etc.) interactuaven amb els fotons i van formar una fase calenta i gasosa de matèria i radiació. La temperatura era tan elevada que les partícules no eren prou estables per formar nuclis atòmics.

Uns minuts després, la temperatura va baixar ràpidament i va permetre la fusió de protons i neutrons que van originar els nuclis d’àtoms d’elements lleugers: hidrogen, heli i traces de liti i beril·li. Aquest procés s’anomena nucleosíntesi primordial.

A partir d'aquests nuclis atòmics, més tard es van formar els àtoms complets.

El Futur de l'Univers segons el Big Bang

La teoria del Big Bang proposa dos escenaris principals per al futur de l'Univers, depenent de la seva densitat de massa:

• Big Crunch: Si la densitat de massa de l’Univers fos més gran que la densitat crítica, aquest assoliria la mida màxima i es començaria a col·lapsar, acabant en un estat similar al del començament.
• Mort tèrmica: Si la densitat de l’Univers fos igual o més petita que la densitat crítica, la velocitat d’expansió disminuiria, però no s’aturaria mai. En aquest escenari, no es formarien nous estels i, com que l'Univers seria cada vegada més extens i menys dens, la temperatura baixaria fins a apropar-se al zero absolut.

Galàxies i Estructures Còsmiques

Les Galàxies

Les galàxies estan constituïdes per matèria visible (estels, núvols de gas i pols), matèria fosca i energia fosca, unides gravitacionalment. S'estima que hi ha més de 100.000 milions de galàxies a l’Univers.

Tenen forma d’el·lipsoide aplanat amb una zona més ampla al nucli. Els nuclis d’algunes galàxies emeten radiació forta, la qual cosa indica que probablement hi ha un forat negre supermassiu.

Les galàxies s’agrupen formant cúmuls galàctics, que al seu torn poden formar agregats més grans, anomenats supercúmuls.

Tipus de Galàxies

Els tipus més freqüents de galàxies són: galàxies el·líptiques, espirals i irregulars.

Quàsars i Forats Negres

Els quàsars són objectes que semblen estels, però que estan situats a grans distàncies. Són, de fet, galàxies joves als nuclis de les quals hi ha un enorme forat negre molt actiu.

Un forat negre és un cos estel·lar amb una densitat tan elevada que crea un camp gravitatori tan intens que cap partícula material, ni tan sols la llum, no se’n pot escapar.

Estructures a l'Interior d'una Galàxia

A l’interior d’una galàxia es poden observar les estructures següents:

• Cúmuls estel·lars: Agrupacions d’estels que es mantenen units per efecte de la gravitació.
• Nebuloses: Constituïdes de gas (principalment hidrogen i heli) i pols interestel·lar. Són els llocs on neixen els estels, però també poden ser restes d’un estel que ha mort (supernova).
• Sistemes estel·lars múltiples: Els més freqüents són:
  • Sistemes dobles o binaris: Dos estels que giren al voltant d’un centre de gravetat comú.
  • Binàries òptiques: Dos estels que es veuen junts al cel per efecte de la perspectiva, però que en realitat no estan lligats gravitacionalment.

Els Estels: Formació i Evolució

Els estels són cossos esfèrics que generen energia en forma de radiació electromagnètica, neutrins i vent estel·lar.

Formació Estel·lar

Els estels es formen en regions denses de les nebuloses quan el gas i la pols es comprimeixen i augmenta la densitat. Quan el núvol es contreu i comença a girar, el gas i la pols es concentren al centre, fins que col·lapsen i acaben formant un nucli molt calent anomenat protoestel. Quan aquest comença a emetre radiació, ja es considera un estel.

Formació d'Elements Químics

Els elements químics es formen en dues etapes diferents de la vida dels estels:

1. Primera fase (Interior de l'estel): A l’interior de l’estel, a partir de l’hidrogen es van formant successivament els elements químics fins al ferro. El procés de fusió nuclear segueix la seqüència: Hidrogen → Heli → Carboni (i elements més pesants).
2. Segona fase (Moments explosius): Té lloc en esdeveniments catastròfics, com les supernoves, on es forma la resta dels elements pesants de la taula periòdica.

Altres Cossos del Sistema Solar

Cometes

Els cometes són cossos celestes formats per gel, pols, metà i amoníac en estat sòlid, a temperatures molt baixes. Quan s'acosten al Sol, comencen a fondre’s i s’evaporen, formant la cabellera i la cua del cometa.

Asteroides

Els asteroides són cossos rocosos més petits que els satèl·lits. Són abundants al cinturó d’asteroides, situat principalment entre Mart i Júpiter.

Meteorits

Els meteorits són fragments d’asteroides o restes de cometes. Quan arriben a la Terra, si són petits, es cremen a l’atmosfera i es veuen com un rastre de llum, anomenats popularment estels fugaços.