L'Univers: Origen, Estrelles, Galàxies i Misteris Còsmics

L'Univers: Origen i Composició

L'Univers és la totalitat del temps i l'espai, amb origen fa 13.700 milions d'anys (no existeix des de sempre). Està format majoritàriament per matèria i energia fosca i és immens. El nostre sistema solar està situat en un braç extern de la Via Làctia, una galàxia que conté més de 200.000 milions d'estrelles.

Definició d'Univers

L'Univers és la totalitat del temps i l'espai, de totes les formes d'energia i matèria. Està constituït per TOT (matèria, energia, espai, temps i tot el que es pot tocar, mesurar o detectar). Abans del Big Bang, no hi havia temps, ni espai, ni matèria.

Principals Contribucions al Coneixement de l'Univers

Antiguitat

• A simple vista: Observació del Sol, estrelles i planetes propers i grans (Mercuri, Mart, Venus...).
• 1610: Galileo Galilei i el telescopi: Descobriments com les taques solars, els cràters lunars i les llunes de Júpiter.
• Contribucions tècniques: Kepler i Newton van formular les lleis del moviment dels astres i la llei de la gravitació universal.

Segle XX i l'Era Espacial

• 1957: Llançament del primer satèl·lit en òrbita (Sputnik).
• Actualment: Més de 13.000 satèl·lits en òrbita.
• 1961: Primer astronauta en òrbita.
• 1969: Primer viatge tripulat a la Lluna.
• Sondes espacials: S'envien sondes per investigar Mart, Venus i Júpiter.
• 1990: Llançament del Telescopi Espacial Hubble en òrbita.
• 1995: Descobriment del primer planeta extrasolar (51 Pegasi b).

El Big Bang: Origen i Evolució de l'Univers

La teoria del Big Bang postula que fa 13.700 milions d'anys, tota la matèria va sortir impulsada cap a totes direccions a causa d'una explosió.

• Lemaître: Va proposar que l'univers en expansió, en el moment original, era una espècie d'àtom primitiu.
• Inflació còsmica: Una fase d'expansió de l'univers de manera uniforme i molt ràpida.

La Llei de Hubble (d · H₀ = v)

Estableix una relació lineal entre la distància d'una estrella o galàxia i la seva velocitat d'allunyament. La seva llum es desplaça cap al vermell, un fenomen conegut com a desplaçament al vermell o efecte Doppler cosmològic.

Proves del Big Bang

• Expansió de l'univers: Totes les estrelles i galàxies s'allunyen les unes de les altres (efecte Doppler).
• Radiació de fons de microones: És la "foto" de l'univers primitiu, una prova clau de la seva existència.
• Abundància d'elements químics: Explica el percentatge d'elements químics lleugers (aproximadament 90% hidrogen).

L'Efecte Doppler

És la variació de la freqüència d'una ona quan la font i l'observador es mouen l'un respecte a l'altre: com més a prop, més aguda; com més lluny, més greu.

Percentatge d'Elements Químics a l'Univers

• Big Bang: Principalment hidrogen i heli.
• Elements lleugers: La resta (carboni, ferro, etc.) es formen dins de les estrelles.
• Elements més pesats: Or, mercuri, plom, etc., es creen en esdeveniments cataclísmics com les supernoves.

Com Funcionen les Estrelles?

Fins al segle XX, es creia que les estrelles eren grans fogueres a la volta celeste. Gràcies a l'espectroscòpia, el model atòmic quàntic i la teoria de la relativitat (transformació de matèria en energia), avui tenim una comprensió més precisa.

• Temperatura interior: Aproximadament 15 milions de °C.
• Temperatura exterior: Aproximadament 6.000 °C.

Cicle de Vida Estel·lar

Com tot en aquest univers, un cos celeste no escapa del pas del temps. Les estrelles també tenen un cicle de vida, la durada del qual depèn de la seva massa i densitat. El Sol, per exemple, és una estrella de tipus G2.

Un exemple de cicle de vida per a una estrella massiva:

Estel massiu → Supergegant vermella → Supernova → Estel de neutrons (o Forat negre si la massa és suficient)

(Durada d'aquest cicle: uns 10-20 milions d'anys)

Com Detectar Exoplanetes?

Els exoplanetes no emeten llum pròpia, per la qual cosa són molt difícils de detectar directament. Una de les tècniques més comunes és mesurar la lluminositat de l'estrella respecte al temps. Si un planeta passa per davant d'una estrella (trànsit), aquesta disminueix temporalment la seva lluminositat.

Des de l'any 1995 s'han descobert milers d'exoplanetes (planetes fora del nostre sistema solar). N'hi ha que estan tan a prop del seu sol que les seves superfícies es fonen.

Com s'Origina un Sistema Estel·lar?

La teoria més acceptada és la teoria nebular, proposada per Kant al segle XVIII.

Segons aquesta teoria, quan una nebulosa de gas i pols es comprimeix per la gravetat, provoca la formació d'una estrella central (que acumula aproximadament el 98% de la massa) i, al seu voltant, dels planetes (que es formen per acreció, amb una distribució de densitat que va de roca a gas).

El Principi Cosmològic

L'univers podria tenir una geometria plana o esfèrica. Una geometria compatible amb el principi cosmològic, que estableix que «l'univers a gran escala és homogeni i isòtrop» (és a dir, té les mateixes propietats en totes les direccions i en tots els punts).

Estructura de l'Univers

• Galàxies: Són grans agrupacions d'estrelles, gas, pols i matèria fosca, sovint amb forma espiral. Contenen entre 200 i 400 mil milions d'estrelles.
• La Via Làctia: La nostra galàxia, amb un diàmetre d'aproximadament 100.000 anys llum. Té moviments de rotació i translació; el Sol triga uns 225 milions d'anys a fer una volta completa al centre galàctic.
• Centre galàctic: Al centre de les galàxies, sovint hi ha estrelles supermassives i forats negres supermassius.
• Moviment de les galàxies: Les galàxies es mouen per l'espai i s'allunyen les unes de les altres a causa de l'expansió de l'univers. Formen cúmuls i supercúmuls.
• Espai intergalàctic: Majoritàriament buit, però conté nebuloses, que són restes de pols i gas de les supernoves. Aquestes nebuloses són els "vivers" on neixen noves estrelles i sistemes planetaris.
• Forat negre: Una regió de l'espai-temps on la gravetat és tan forta que res, ni tan sols la llum, pot escapar. Està definit per una singularitat central i un horitzó d'esdeveniments. Tenen densitats extremadament elevades i atrauen matèria i energia.