Cosmologia Essencial: Estrelles i el Big Bang

Estrelles: Naixement, Vida i Mort

Les estrelles neixen a partir de grans núvols de pols i gasos interestel·lars anomenats nebuloses. Algunes regions d'aquests núvols col·lapsen a causa de la gravetat, començant a girar més ràpid i augmentant així la seva temperatura fins que comencen a produir-se reaccions nuclears. A partir d'aquest moment, l'hidrogen es converteix en heli en el nucli de l'estrella. Durant milions d'anys, l'estrella convertirà hidrogen en heli. El que succeeixi després dependrà de la massa de l'estrella...

Estrelles de Baixa Massa

Quan tot l'hidrogen del nucli s'ha convertit en heli, cap font de calor evita el col·lapse gravitatori de l'estrella. El nucli de l'estrella col·lapsa a causa de la gravetat fins a aconseguir una densitat suficientment elevada per a iniciar la conversió d'heli en carboni. Mentrestant, les capes externes de l'estrella s'expandeixen, convertint-se l'estrella en una geganta roja. El nucli de carboni seguirà contraient-se fins que ja no sigui possible, formant una estrella molt densa: una nana blanca. Amb el temps, les capes externes de l'estrella seran expulsades completament per la nana blanca, formant una nebulosa planetària.

Estrelles de Gran Massa

Quan tot l'hidrogen del nucli s'ha convertit en heli, el nucli de l'estrella col·lapsa fins a aconseguir temperatures prou altes per a continuar la fusió nuclear d'heli en carboni, oxigen, neó, silici, sofre i finalment ferro, que no es pot convertir en elements més pesats. No evita el col·lapse gravitatori; el nucli de l'estrella col·lapsa a causa de la gravetat fins que ja no resisteix més i es produeix una explosió de supernova. Si el nucli té poca massa, el seu col·lapse gravitatori és evitat per les forces nuclears, per la qual cosa es refreda formant una estrella petita i densa: una estrella de neutrons. Si el nucli és tan pesat que ni les forces nuclears poden evitar el seu col·lapse gravitatori, l'estrella es convertirà en un forat negre, del que ni la llum pot escapar.

El Big Bang: L'Origen de l'Univers

Descobriments Clau del Big Bang

• Friedman i Lemaître van utilitzar la teoria de la relativitat general d'Einstein per descriure l'Univers en moviment constant.
• Hubble va descobrir que les galàxies s'estaven separant, proporcionant evidència observacional per a la hipòtesi de l'Univers en expansió.
• George Gamow va concloure que l'Univers havia d'haver començat a partir d'un estat inicial molt dens i calent (la teoria del Big Bang).

La teoria del Big Bang explica que l'Univers va començar fa aproximadament 13.700 milions d'anys amb l'explosió d'una singularitat còsmica, en la qual la matèria era un punt de densitat infinita. Aquesta explosió va generar l'expansió de l'Univers en totes les direccions. Aquest s'ha expandit des d'una petita, densa i calenta singularitat fins a l'enorme, fred i difús Univers que veiem actualment al nostre voltant.

Evidències Observacionals del Big Bang

• L'expansió de l'Univers, observada per Hubble, suggereix que en algun moment d'un passat llunyà, tota la matèria de l'Univers va haver d'estar continguda en una petita regió de l'espai.
• L'abundància d'elements primordials (hidrogen, heli, deuteri, liti) és consistent amb la seva creació en el Big Bang i no en les estrelles.
• Immediatament després del Big Bang, l'Univers era opac a tota la radiació electromagnètica. A mesura que l'Univers s'expandia i es refredava, va arribar un moment en el qual la radiació electromagnètica ja podia viatjar lliurement sense interactuar amb la matèria, constituint la radiació de fons de microones.