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EL UNIVERSO
1-DATOS BÁSICOS
Definición: Materia, energía, espacio y tiempo, todo lo que existe forma parte del
Universo.
El Universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras de mayor tamaño
llamadas supercúmulos.
Las galaxias se distribuyen por el espacio como racimos formando un enrejado
filamentoso que a veces forman zonas de mayor concentración (cúmulos y
supercúmulos). En la imagen lateral se representa este enrejado (cada punto de la
imagen izquierda es una galaxia). Si ampliamos uno de estos puntos observamos
como a su vez contiene miles de millones de nuevos puntos, en este caso estrellas
(imagen de la derecha).
Tamaño: Todavía no sabemos con exactitud la magnitud del Universo, a pesar de la
avanzada tecnología disponible en la actualidad.
Materia: Entre las galaxias podemos encontrar materia intergaláctica, aunque es en el
interior de éstas donde se concentra la mayor parte, en forma de estrellas, planetas,
nebulosas, etc..
Con diferencia el elemento mayoritario en el universo es el Hidrógeno. El hidrógeno
representa un 95% del total de átomos, seguido del He (cerca del 5%) y en menor
medida (menos de 0,1 %): oxígeno, carbono, nitrógeno, etc..
No obstante, no toda la materia se encuentra en forma atómica, el 90% del Universo
es una masa oscura, que no podemos observar y cuya composición no se conoce
bien.
Unidades para medir distancias:
Unidad
Concepto
equivalencia
Unidad
astronómica (ua)
Distancia media entre la Tierra
y el Sol. No se utiliza fuera del
Sistema Solar.
149.600.000 km
Año luz
Distancia que recorre la luz en
un año. Si una estrella está a 10
años luz, la vemos tal como era
hace 10 años. Es la más práctica.
9.46 billones de km
63.235,3 ua
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2-MÉTODOS DE ESTUDIO
La única forma de estudiar hoy en día el universo es a partir de la luz que nos llega de
los distintos objetos en él contenidos. Exceptuando aquellos a los que el ser humano,
o alguno de los instrumentos por él fabricado, ha podido llegar de forma directa (Luna
y algunos de los planetas vecinos).
Podemos encontrar distintos instrumentos que se encargan de recoge esta luz, los
mas conocidos y frecuentes son los telescopios. No obstante, cuando hablamos de luz
no sólo nos referimos a la luz tal cual la conocemos, sino a radicación
electromagnética, dentro de la cual se encuentra la luz visible.
Los telescopios pueden encontrarse en Tierra o en el espacio. En este último caso la
radiación que se recoge es de mayor calidad ya que no está distorsionada por la
atmósfera, es el caso del telescopio espacial Hubble.
Radiación electromagnética
La radiación electromagnética está formada por vibraciones que se desplazan a la
velocidad de la luz. No todas estas vibraciones son iguales, ya que cada una vibra con
una longitud de onda característica. Si ordenamos éstas de menor a mayor longitud
obtenemos el espectro de radiación electromagnética.
La longitud de onda es inversa la energía, de tal forma que las radiaciones con
longitudes de onda menor son más energéticas. Según el valor de longitud (o energía)
distinguimos distintos tipos de radiaciones.
Cada telescopio se especializa en recoger determinadas longitudes de onda. De tal
forma que un mismo objeto del universo podemos observarlo bajo distintas
radiaciones, cada una de las cuales pueden informarnos de características diferentes.
En la imagen de la derecha se muestra un ejemplo (observación de luz visible o
infrarojo).
Algunas veces es útil pensar sobre la radiación electromagnética como si viniera en
paquetes. A cada uno de estos paquetes de radiación se le conoce como fotones.
El efecto Doppler
La variación de la longitud de onda que emiten los cuerpos informa sobre su
movimiento.
Cuando un vehículo se acerca oímos su motor más agudo que cuando se aleja.
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Igualmente, cuando una estrella o una galaxia se acercan, su espectro se desplaza
hacia el azul y, si se alejan, hacia el rojo.
Al analizar el espectro de radiación de las galaxias que nos rodean, se observa un
desplazamiento hacia el rojo, lo cual indica que se están alejando de nosotros
3-ORIGEN Y EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO
Expansión del Universo
El descubrimiento de la expansión del Universo se inicia al estudiar por Hubble los
espectros de las galaxias (radiación que nos llega de ellas). Al hacerlo se observa que,
excepto en las más próximas, las líneas del espectro se desplazan hacia el rojo.Este
desplazamiento al rojo se debe al efecto Doppler. Esto significa que la mayoría de las
galaxias se alejan de nuestra galaxia (Vía Láctea).
Hubble también observó que la velocidad de alejamiento de las galaxias era mayor
cuanto más lejos se encontraban. Este descubrimiento le llevó a enunciar la "ley de
Hubble", la cual establece que la velocidad de una galaxia es proporcional a su
distancia.
En principio parece que las galaxias se alejan de la Vía Láctea en todas direcciones,
dando la sensación de que nuestra galaxia es el centro del Universo. Este efecto es
consecuencia de la forma en que se expande el Universo. Es como si la Vía Láctea y
el resto de galaxias fuesen punto situados sobre la superficie de un globo. Al inflar el
globo todos los puntos se alejan de nosotros. Si cambiásemos nuestra posición a
cualquiera de los otros puntos y realizásemos la misma operación, observaríamos
exactamente lo mismo.
Considerando la expansión actual del universo. Si pasamos la película al revés,
¿dónde llegaremos?
Los científicos intentan explicar el origen del Universo con diversas teorías. Las más
aceptadas es la del Big Bang.
Teoría del Big-Bang
La teoría del Big Bang o gran explosión, supone que, hace entre 12.000 y 15.000
millones de años, toda la materia del Universo estaba concentrada en una zona
extraordinariamente pequeña del espacio, y explotó. La materia salió impulsada con
gran energía en todas direcciones.
Los choques y un cierto desorden hicieron que la materia se agrupara y se
concentrase más en algunos lugares del espacio, y se formaron las primeras galaxias.
Desde entonces, el Universo continúa en constante movimiento y evolución.
No se puede imaginar el Big Bang como la explosión de un punto de materia en el
vacío, porque en este punto se concentraban toda la materia, la energía, el espacio y
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el tiempo. No había ni "fuera" ni "antes". El espacio y el tiempo también se expanden
con el Universo.
Radiación de microondas
En 1965 se encontró una prueba "tangible" del Big Bang. A partir de un detector de
microondas muy sensible, dos científicos descubrieron una radiación extraña que
provenía por igual de todos los puntos del universo. Ésta radiacón de microondas
representaría un "resplandor" testimonio del Big Bang.
4-GALAXIAS
Las galaxias son agrupaciones de miles de millones de estrellas. Nuestra propia
galaxia, es un ejemplo típico. Estrellas, gas y polvo interestelar orbitan alrededor del
centro de la galaxia debido a la atracción gravitatoria de todas las demás estrellas.
Nuevas generaciones de estrellas nacen a partir del gas que se condensa en regiones
llamadas nebulosas y las estrellas, a veces, forman cúmulos de estrellas. Cuando una
estrella alcanza el final de su evolución, puede devolver mucho gas al medio
interestelar que será la fuente para una nueva generación de estrellas. Podemos
imaginar a las galaxias como sistemas que transforman gas en estrellas y éstas
nuevamente a gas.
Cuando miramos una galaxia, la luz que vemos viene de dos fuentes. Primero, vemos
luz de sus miles de millones de estrellas; puesto que muchas galaxias están muy
lejanas, no vemos estrellas individuales - sólo la luz difusa combinada de todas.
Segundo, vemos luz emitida por el gas calentado por las estrellas cercanas. Estas
nubes de gas resplandeciente marcan los sitios donde nacen nuevas estrellas.
Comparadas con el Sistema Solar, las galaxias son inmensas. Viajando a la velocidad
de la luz, tomaría cerca de dos segundos ir de la Tierra a la Luna, y cerca de cinco
horas y media, para ir del Sol a Plutón. Llevaría 25.000 años para ir desde el centro de
la Vía Láctea a la posición del Sol. La Vía Láctea tiene más de cien mil millones de
estrellas, pero las estrellas están tan lejos, unas de otras, que casi nunca colisionan.
Mientras que las estrellas dentro de una galaxia están separadas por distancias muy
grandes comparadas con sus tamaños, las galaxias están separadas de sus vecinas
más cercanas por distancias que son mucho más pequeñas. Así, no son inusuales las
colisiones entre galaxias conforme éstas se mueven a través del espacio
intergaláctico. Cuando las galaxias colisionan se penetran unas a otras y se producen
choques de estrellas y las nubes de gas, en una galaxia, son comprimidas y frenadas
por nubes de gas de la otra galaxia.
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5-ESTRELLAS
Aunque la mayor parte del espacio que podemos observar está vacío, es inevitable
que nos fijemos en esos puntitos que brillan. No es que el espacio vacío carezca de
interés. Simplemente, las estrellas llaman la atención.
Las estrellas son masas de gases, principalmente hidrógeno y helio, que emiten luz.
Se encuentran a temperaturas muy elevadas. En su interior hay reacciones nucleares.
Formación y evolución de una estrella
Las estrellas se generan a partir del colapso gravitatorio del gas interestelar (H). A
medida que la nube de gas (protoestrella) aumenta su densidad la temperatura del
interior aumenta debido a los choques entre átomos de H (a mayor densidad mayor
número de colisiones por unidad de tiempo). A cierta temperatura la colisión produce
la fusión de dos átomos de H para dar uno de He, esta reacción conlleva la emisión de
un fotón (H+H=He+En) la estrella empieza entonces a brillar, la radiación originada
tiene un sentido inverso al de la gravedad por lo que ambos se equilibran (la estrella
deja de colapsarse) una vez agotado el combustible de H, el He genera por fusión
elementos más pesados (siguiendo el mismo proceso).
Esta evolución (eliminación del combustible) es más rápida en cuerpos con mayor
masa, debido a que alcanzan mayores temperaturas. Una estrella de mayor masa
necesita para no colapsarse emitir mayor radiación por lo que la reacción ocurre más
rápidamente. Paradójicamente la vida de un estrella de mayor masa es menor que la
de estrellas más pequeñas.
La transformación de He en elementos más pesados no libera mucho más calor. La
estrella entra en una fase de colapso en la zona central (no se conoce muy bien el
mecanismo) las regiones externas podrían a veces (en estrellas de gran masa) ser
despedidas en una tremenda explosión.
Una vez que a la estrella se le ha acabado el combustible (los átomos que contienen
son elementos pesados que no se funden para dar lugar a otros) la fuerza gravitatoria
actúa libremente originando un colapso de la estrella. A partir de cierto límite la estrella
de nuevo se equilibra actuando como fuerza la repulsión entre átomos o partículas
subatómicas. La densidad final que alcanza el cuerpo es función de la masa final de la
estrella (después de haberse despojado de su cobertura).
El cuerpo resultante puede ser:
•
Enana blanca: La fuerza de repulsión actúa entre los electrones. Los átomos
están fuertemente compactados.
•
Estrella de neutrones. La fuerza de repulsión actúa entre los neutrones
(protones y electrones se fusionan formando neutrones). Los pulsars son
estrellas de neutrones cuyo giro es muy rápido originando la emisión de
radiación a ritmo constante.
•
Agujero negro. Existe un límite (dos veces la masa del sol) para el cual la
fuerza gravitatoria supera incluso la fuerza de repulsión entre neutrones, esto
significa que el cuerpo sigue colapsándose alcanzando densidad infinita, en
este caso se origina un agujero negro.
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