Cosmología Fundamental: Origen del Universo, Estrellas y Sistema Solar

Teoría del Big Bang (Gran Explosión)

El universo se originó hace aproximadamente entre 12.000 y 15.000 millones de años. En sus inicios, la materia estaba comprimida en una pequeña región del espacio, altamente concentrada debido a una intensa atracción gravitatoria. Esta enorme cantidad de masa en un espacio tan reducido era extremadamente inestable, lo que dio lugar a una gran explosión que provocó la dispersión de toda esta materia.

Posteriormente, esta materia comenzó a agregarse, formando los primeros átomos de hidrógeno. Con el tiempo, estos átomos se agruparon para formar las galaxias. Dentro de estas, los átomos de hidrógeno chocaron entre sí, formando átomos de helio y otros elementos químicos. Este proceso liberó una enorme cantidad de energía en forma de luz y calor, dando origen a las estrellas.

Origen del Sistema Solar

El Sistema Solar se originó hace unos 5.000 millones de años. Cualquier teoría que se elabore sobre su origen debe explicar los siguientes hechos fundamentales:

• El Sol y los planetas giran en el mismo sentido.
• Los planetas recorren órbitas casi circulares y situadas en un mismo plano.
• El movimiento de rotación de la mayoría de los planetas se produce en el mismo sentido que el de traslación (sentido contrario a las agujas del reloj).
• Los planetas cercanos al Sol son pequeños y densos, mientras que los externos son grandes y ligeros.
• Todos los cuerpos planetarios presentan grandes impactos en sus superficies.

Evolución Estelar

Las estrellas no son inmutables; pasan por diferentes etapas a lo largo de su existencia, dependiendo de su masa. El ciclo de vida de una estrella se puede resumir así:

• Una estrella se forma cuando la gravedad logra concentrar suficiente masa en una región (a la temperatura adecuada) para comenzar la fusión nuclear.
• Una estrella pasa la mayor parte de su vida consumiendo hidrógeno para producir helio mediante la fusión nuclear, en lo que se conoce como la secuencia principal.
• Cuando el material fusionable se agota, la estrella pierde la presión interna producida por la fusión nuclear y puede colapsar.

Al final de su vida, cuando toda la masa fusionable se ha consumido, una estrella puede convertirse en diversos objetos cósmicos exóticos, dependiendo de su masa inicial:

• Una enana blanca (para estrellas de masa similar al Sol).
• Una gigante roja (una etapa previa para muchas estrellas).
• Una supernova (una explosión estelar masiva).
• Una estrella de neutrones (el remanente de una supernova).
• Un agujero negro (el remanente de estrellas muy masivas).

Evidencias del Big Bang

Existen varias pruebas científicas que respaldan la Teoría del Big Bang:

1. Radiación Cósmica de Fondo (CMB)

   El universo temprano, debido a su alta temperatura y densidad, se habría llenado de luz emitida por sus componentes. A medida que el universo se enfriaba debido a la expansión, su temperatura disminuyó, lo que permitió que los electrones y protones se combinaran para formar átomos neutros. Este evento hizo que el universo se volviera transparente a la luz, y esa luz primigenia es lo que hoy detectamos como la Radiación Cósmica de Fondo de Microondas, una "huella" del universo primitivo.

2. Ley de Hubble y Efecto Doppler

   La observación de galaxias y cuásares lejanos revela que estos objetos experimentan un corrimiento hacia el rojo. Esto significa que la luz que emiten se ha desplazado hacia longitudes de onda más largas, indicando que se están alejando de nosotros. Según el Efecto Doppler, si una fuente de luz se acerca, se aprecia un corrimiento al azul (longitudes de onda más cortas); si se aleja, se aprecia un corrimiento al rojo (longitudes de onda más largas). La magnitud de este corrimiento es proporcional a la velocidad de recesión.

3. Expansión del Universo

   La velocidad de recesión de las galaxias es mayor cuanto más lejanas están. Este fenómeno, conocido como la Ley de Hubble, implica que el universo está en constante expansión. Desde la perspectiva de la Tierra, todas las galaxias se alejan de nosotros, lo que es consistente con un origen a partir de un punto único.

4. Formación de los Elementos Ligeros

   La abundancia observada de los elementos ligeros en el universo (principalmente hidrógeno y helio, junto con trazas de litio) coincide con las predicciones de la nucleosíntesis del Big Bang. Este proceso ocurrió en los primeros minutos del universo, cuando las condiciones de temperatura y densidad eran adecuadas para la formación de estos núcleos atómicos.

5. Evolución y Distribución de las Estrellas y Galaxias

   La observación de galaxias y estrellas a diferentes distancias (y por lo tanto, en diferentes momentos de la historia cósmica) muestra una evolución en su composición y morfología. Las estrellas y galaxias más antiguas y distantes difieren de las más cercanas y jóvenes, lo que apoya la idea de un universo en constante cambio y evolución desde un estado inicial.