Fundamentos de Cosmología: Del Big Bang a la Materia Oscura y el Método Científico
español con un tamaño de 7,36 KBEl Origen del Big Bang y la Expansión del Universo
El universo se originó hace 13.700 millones de años en una explosión: el Big Bang. La evidencia principal proviene del Efecto Doppler. Cuando un objeto se acerca hacia nosotros, la onda se comprime (desplazamiento al azul); y si se aleja de nosotros, la onda se estira (desplazamiento al rojo).
Dado que las galaxias se están alejando unas de otras, cabe pensar que en el pasado estuvieron más cerca y que, en principio, toda la materia estaba concentrada en una zona muy pequeña, la cual sufrió la gran explosión o Big Bang.
El Big Bang y la Historia del Universo
La energía oscura atrae a las galaxias, desmembrándolas a ellas, a las estrellas y a los átomos.
Etapas Clave de la Evolución Cósmica
- Etapa de Inflación.
- 13.700 millones de años: Origen del universo.
- 3 minutos: Formación de la materia.
- 300.000 años: Origen de los primeros átomos (Encendido del universo).
- 400 millones de años: Formación de estrellas y galaxias.
- 9.000 millones de años: (Referencia temporal sin evento específico detallado).
El Origen de los Elementos Químicos (Nucleosíntesis)
El proceso fundamental es la fusión de núcleos atómicos, que genera una gran energía y temperatura. Esta fusión da lugar a sucesivas fusiones nucleares, originando todos los elementos químicos hasta el hierro (Fe).
Cuando el hierro se transforma, ocurre un colapso gravitatorio que provoca una fusión nuclear instantánea (supernova), la cual genera el resto de los elementos químicos.
Elementos Formados
- Elementos Ligeros: Helio (He).
- Elementos Medianos: Carbono (C), Silicio (Si), Aluminio (Al), Hierro (Fe).
- Elementos Pesados: Oro (Au), Plata (Ag), Uranio (U).
Estos elementos son la base para la formación de planetas, satélites y estrellas.
Formación del Sistema Solar
- Hace 4.700 millones de años, la explosión de una nebulosa comprime otra nebulosa, la cual colapsa y se transforma en un disco protoplanetario.
- El disco está más caliente en el centro porque allí hay más partículas (más choques, más calor). Los núcleos se mueven a enormes velocidades y pueden fusionarse, fabricando helio (He) y liberando energía. Así se ha formado el Sol.
¿Cómo se Forman los Planetas?
Los planetas exteriores se forman primero y tienen más masa porque se construyen con los elementos más abundantes de la nebulosa. En las zonas internas del disco, los planetesimales (de aproximadamente 1 metro de diámetro, como la primitiva Tierra) chocan.
Los choques de los planetesimales fundieron el exterior de los protoplanetas, generando océanos de magma de hasta mil kilómetros de profundidad. Con la materia sobrante se formaron los 166 satélites conocidos (datos de 2008), excepto la Luna, que es un caso particular.
Conceptos Clave
- Supertierra: Es un planeta que posee entre 1 y 10 veces la masa de la Tierra.
- NASA: Son las siglas en idioma inglés para la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio.
Detección de Exoplanetas
1. Método de la Velocidad Radial (Bamboleo Estelar)
Si no existen perturbaciones sobre la estrella, su movimiento sería recto. Por el contrario, si existe algún planeta que influye en el movimiento de la estrella, esta oscilará alrededor de una línea recta debido a la atracción gravitatoria mutua.
2. Método del Tránsito Planetario
El método de los tránsitos planetarios para detectar planetas extrasolares se basa en la observación de la disminución del brillo de la estrella cuando un cuerpo más oscuro (un planeta) se sitúa entre la estrella y la Tierra.
Condiciones para la Vida en los Planetas (Habitabilidad)
Dos factores cruciales para la habitabilidad son:
- Distancia a la Estrella: En planetas muy cercanos o muy lejanos, la temperatura reinante no permite la existencia de agua en estado líquido (Zona de Habitabilidad).
- Gravedad Suficiente: Es necesaria para retener la atmósfera. Si el planeta pierde su atmósfera, la falta de presión atmosférica provoca que la hidrosfera se vaporice.
Los Agujeros Negros
La atracción gravitatoria más densa se da en los agujeros negros, que son concentraciones de materia de altísima densidad. Su campo gravitatorio es tan grande que ni siquiera la luz, con su extraordinaria velocidad, puede escapar de él.
Conocemos su existencia por la radiación (sobre todo rayos X) emitida por la materia al acelerar justo antes de caer en el gran pozo gravitatorio.
El agujero negro que ocupa el centro de la Vía Láctea se llama Sagitario A*. Las estrellas no caen sobre él porque están a más de 7,7 millones de kilómetros del punto de no retorno (horizonte de sucesos).
Materia Oscura y Energía Oscura
Desde hace décadas, los datos de los astrónomos muestran un resultado extraño: existe un nuevo tipo de materia que no emite radiación y, por lo tanto, no detectamos directamente.
Hoy, casi todos los científicos admiten que las galaxias, con sus estrellas y planetas, contribuyen solo con una pequeña parte de la composición total del universo. La distribución actual estimada es:
- Materia Oscura: 22%
- Energía Oscura: 71%
- Materia Bariónica (la que conocemos): El resto (aproximadamente 7%).
Escalas de Distancia Cósmica
Para medir las vastas distancias del cosmos, se utilizan diferentes escalas de representación:
- Escala Solar: 1 cm equivale a 1 minuto luz.
- Escala Interestelar: 1 cm equivale a 1 año luz.
- Escala Galáctica: 1 cm equivale a $10^4$ años luz.
- Escala Intergaláctica: 1 cm equivale a $10^6$ años luz.
Fases del Método Científico
- Observación: Se define el problema que se desea explicar y se recogen y clasifican los datos que aporta un determinado fenómeno.
- Formulación de una Hipótesis: Se elaboran las posibles explicaciones sobre el problema observado.
- Experimentación: Se diseñan diferentes experimentos relacionados con el fenómeno estudiado con el fin de contrastar la hipótesis planteada, usando diferentes variables.
- Variable Independiente: Es aquella que el investigador puede controlar y modificar.
- Variable Dependiente: Es la que se mide o cuantifica su variación según se va modificando la independiente.
- Análisis de Resultados: Se analizan los resultados obtenidos y se comparan con los que se esperarían si la hipótesis fuera cierta.
- Establecimiento de una Ley Científica: Se establece una ley científica cuando la hipótesis ha sido verificada repetidamente mediante la observación y la experimentación.