Creación del Universo Big Bang, Universo Estacionario y Universo Pulsante


La Gran explosión

¿Por qué se expande el Universo? La idea está relacionada con una de las principales teorías sobre el nacimiento del Cosmos, expuesta por el astrónomo belga, Georges Maitres en 1930. Se trata de la Teoría de la Gran Explosión, según la cual, hace unos 10,000 millones años, toda la materia del Universo estaba contenida en un átomo primigenio, descrito por Lemaitre como un embrión cósmico, de densidad extrema. Según el astrónomo belga, el átomo estalló y muchos de sus fragmentos se convirtieron en galaxias (en una de ellas se encuentra nuestro sistema solar) que se separaron a velocidades enormes.

En cosmología física, la teoría del Big Bang o teoría de la gran explosión es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal. Técnicamente, se trata del concepto de expansión del Universo desde una singularidad primigenia, donde la expansión de éste se deduce de una colección de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big Bang" se utiliza tanto para referirse específicamente al momento en el que se inició la expansión observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido más general para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del mismo.

Curiosamente, fue el astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teoría y, a su vez, uno de los principales defensores de la teoría del estado estacionario, quien dijo para mofarse que el modelo descrito era sólo un big bang (gran explosión) durante una discusión de la BBC en 1949. No obstante, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una «singularidad» infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.

La idea central del Big Bang es que la teoría de la relatividad general puede combinarse con las observaciones de isotropía y homogeneidad a gran escala de la distribución de galaxias y los cambios de posición entre ellas, permitiendo extrapolar las condiciones del Universo antes o después en el tiempo.

Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debería de haber evidencias de un fenómeno que más tarde sería bautizado como radiación de fondo de microondas.


Universo Estacionario o Estado Estacionario

En 1948-1949 los astrónomos Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle propusieron otra teoría, la del Universo estacionario: el Universo sería eterno, estático y siempre habría existido. Afirmaron que en el espacio la materia viene creándose sin interrupción y aparentemente de la nada a razón de 4 átomos de hidrógeno por centímetro cúbico cada 1,000 millones de años. Ello es suficiente para formar nuevas galaxias que colmen huecos o vacios provocados por la expansión del Universo.

Es un modelo cosmológico desarrollado como una alternativa a la Teoría del Big Bang. Aunque el modelo tuvo un gran número de seguidores en la década de los 50, y 60, su popularidad disminuyó notablemente a finales de los 60, con el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas, y se considera desde entonces como cosmología alternativa.

De acuerdo con la teoría del estado estacionario, la disminución de la densidad que produce el Universo al expandirse se compensa con una creación continua de materia. Debido a que se necesita poca materia para igualar la densidad del Universo (2 átomos de hidrógeno por cada m³ por cada 1.000 millones de años), esta Teoría no se ha podido demostrar directamente. La teoría del estado estacionario surge de la aplicación del llamado principio cosmológico perfecto, el cual sostiene que para cualquier observador el universo debe parecer el mismo en cualquier lugar del espacio. La versión perfecta de este principio incluye el tiempo como variable por lo cual el universo no solamente presenta el mismo aspecto desde cualquier punto sino también en cualquier instante de tiempo siendo sus propiedades generales constantes tanto en el espacio como en el tiempo.

Los problemas con esta teoría comenzaron a surgir a finales de los años 60, cuando las evidencias observacionales empezaron a mostrar que, de hecho, el Universo estaba cambiando: se encontraron quásares sólo a grandes distancias, no en las galaxias más cercanas. La prueba definitiva vino con el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas en 1965, pues en un modelo estacionario, el universo ha sido siempre igual y no hay razón para que se produzca una radiación de fondo con características térmicas. Buscar una explicación requiere la existencia de partículas de longitud milímetrica en el medio intergaláctico que absorba la radiación producida por fuentes galácticas extremadamente luminosas, una hipótesis demasiado forzada.

Universo Pulsante u oscilante
En 1965 Richardsom Tolmanansom se basó en la teoría de la Gran Explosión para desarrollar otra: la del Universo Pulsante. Sugería que el Universo es creado, destruido y luego recreado en periodos de 80,000 millones de años, afirmaba que en estos momentos el Universo lleva expandiéndose 10,000 millones de años y aún seguirá haciéndolo durante 30,000 millones, antes de que cesen los efectos de la explosión y las galaxias empiecen a contraerse.

Sandage sostenía también que las galaxias (que se mueven a velocidades cifradas en millones de kilómetros por hora) podrían converger y fusionarse de nuevo en sus átomos originales para estallar después y comenzar el ciclo completo. En suma no existiría el Universo eterno, sino un Universo con un número infinito de finales y principios.

Según la hipótesis del universo oscilante el universo sufre una serie infinita de oscilaciones, cada una de ellas iniciándose con un Big Bang y terminando con un Big Crunch. Luego del Big Bang, el universo se expande por un tiempo antes de que la atracción gravitacional de la materia produzca un acercamiento hasta llegar a un colapso y sufrir seguidamente un Gran Rebote.

Esta hipótesis fue bastante aceptada durante un tiempo por los cosmólogos que pensaban que alguna fuerza debería impedir la formación de singularidades gravitacionales y conecta el big bang con un anterior big crunch: las singularidades matemáticas que aparecían en los cálculos eran el resultado de sobre idealización matemática y serían resueltas por un tratamiento más cuidadoso. Sin embargo, en los años 1960, Stephen Hawking, Roger Penrose y George Ellis mostraron que las singularidades son una característica universal de las cosmologías que incluyen el big bang sin que puedan ser evitadas con ninguno de los elementos de la relatividad general. Teóricamente, el universo oscilante no se compagina con la segunda ley de la termodinámica: la entropía aumentaría en cada oscilación de manera que no se regresaría a las condiciones anteriores. Otras medidas sugieren también que el universo no es cerrado. Estos argumentos hicieron que los cosmólogos abandonaran el modelo de universo oscilante.

La teoría ha vuelto a resurgir en la cosmología de brane como un modelo cíclico, que logra evadir todos los argumentos que hicieron desechar la teoría del universo oscilante en los años 1960. Esta teoría es altamente controvertida debido a la ausencia de una descripción satisfactoria en este modelo del rebote con la teoría de cuerdas.

Datos sobre nuestros vecinos.

Fuera del sistema Planetario de la Tierra, la estrella más cercana al Sol, próxima Centauro se encuentra a una distancia de 4,25 años luz, no es, sin embargo la estrella más brillante del cielo terrestre. Las cuatro de mayor brillo son: Sirio, la estrella perro a 8,7 años luz; la lejana Canopus a 900 años luz; Alpha Centauro a 4,3 años luz y Arturo a 36 años luz.
El cuerpo más remoto que a simple vista se ve desde la tierra es la Gran Galaxia Espiral, componente de la constelación Andrómeda, que está situada a más de dos millones de años luz y cuyo aspecto es el de un débil mancha luminosa.


Probablemente la mayor estrella visible a simple vista es Alpha Hércules, una gigante roja, como se denomina a las estrellas que están enfriándose. La estrella más pequeña que conocemos, suelen tener aproximadamente el tamaño de los planetas (menos de 20,000 kilómetros de diámetros). Wolf 457, la más reducida que se ha detectado hasta la fecha, es menor que la tierra, y su diámetro 330 veces menor que el del Sol. Algunas no alcanzan los 2,000 kilómetros de diámetros.

En relación a las dimensiones de nuestro Sistema Solar, las mayores estrellas resultan enormes. La estrella variable VV Cefeo, cuyo diámetro supera los 1,500 millones de kilómetros, es por ejemplo, 1.220 veces mayor que el Sol ( Una estrella variable, es una estrella oscilante, de luminosidad cambiante, cuyos máximos y mínimos de luz suelen seguir un ritmo regular).

Se cree que la zona poblada de los cielos se halla dentro de la Vía Láctea o Galaxia Terrestre, en la Constelación del Cisne

jueves, 28 de mayo de 2009

Efecto Doppler y corrimiento o desplazamiento hacía el rojo


Efecto Doppler y corrimiento o desplazamiento hacía el rojo

En Alemania, Friedrich Bessel, director del observatorio Konisberg, logró calcular que la estrella 61 Cygnus se hallaba de la tierra a algo menos de 11 años luz; James Hendenson , astrónomo escocés anunció que Alpha Centauro distaba 4,3 años luz y F. G W. Struve que trabajaba en Dropat (Rusia), evaluó la distancia de Vega en 27 años luz, tal como se sabe actualmente.

Más adelante se computaron los paralajes de otras estrellas, pero pronto se vieron las limitaciones del método, cuando las estrellas se hallan a distancias superiores a los 100 años luz, el ángulo con vértice en las mismas es prácticamente nulo.

Sin embargo las distancias interestelares pueden medirse mediante otros métodos, los cuales se basan en la luminosidad de las estrellas. A simple vista todas las estrellas parecen, casi, o totalmente blanca, pero en realidad no son así, la estrella Capella de la constelación Auriga es amarilla. Betelgeuse de Orión, es rojiza y Rigel es ligeramente azul.

El análisis espectral de cualquier objeto en el espacio nos demuestra o nos revela la velocidad a que se desplaza, su composición química y la temperatura a que sus elementos reaccionan, mediante estos indicios los astrónomos pueden deducir el brillo real de una estrella y relacionarlo con el brillo aparente para evaluar la distancia con bastante exactitud.

Para evaluar la velocidad de un objeto remoto, suele hacerse uso de un principio científico que 1842 estableció el físico austriaco Christian Doppler, y puede advertirse en el silbido de una locomotora al acercarse a nosotros. A medida que el tren se acerca el sonido se hace más fuerte y más agudo. Cuando pasa frente a nosotros la intensidad del sonido decae bruscamente.

De forma más detallada el Efecto Doppler, consiste en la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. Doppler propuso este efecto en 1842 en una monografía titulada Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels ("Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros").

Su hipótesis fue investigada en 1845 para el caso de ondas sonoras por el científico holandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot, confirmando que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como "Efecto Doppler-Fizeau".

En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, entonces sí seria apreciable de forma directa la variación de longitud de onda.

Sin embargo hay ejemplos cotidianos de efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. La velocidad de una ambulancia (50 km/h) puede parecer insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel del mar (unos 1.235 km/h), sin embargo se trata de aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.
Desplazamiento hacía el Rojo.

En la segunda mitad del siglo XIX, los astrónomos William Huggins, en Londres y el Alemán Herman Vogel, trabajando de manera independiente utilizaron el principio de Christian Doppler.

Aplicando a las ondas luminosas, el efecto Doppler, se advierte en los colores del espectro. En el extremo rojo las ondas luminosas son más largas y en el extremo violeta más cortas. De ello se deduce que el cuerpo celeste que emite la luz se aleja de la Tierra. Este fenómeno se conoce con el nombre de “desplazamiento o corrimiento hacía el rojo”. Por el contrario la sondas luminosas procedentes de un objeto que se acerca al observador se desplaza hacía el extremo violeta del espectro donde se tornan más fuertes y frecuentes.

En física y astronomía, el corrimiento al rojo, corrimiento hacia el rojo o desplazamiento hacia el rojo (En inglés: Redshift), ocurre cuando la radiación electromagnética, normalmente la luz visible, que se emite o refleja desde un objeto es desplazada hacia el rojo al final del espectro electromagnético. De manera más general, el corrimiento al rojo es definido como un incremento en la longitud de onda de radiación electromagnética recibidas por un detector comparado con la longitud de onda emitida por la fuente. Este incremento en la longitud de onda se corresponde con un decremento en la frecuencia de la radiación electromagnética. En cambio, el decrecimiento en la longitud de onda es llamado corrimiento al azul.

Cualquier incremento en la longitud de onda se llama "corrimiento hacia el rojo", incluso si ocurre en radiación electromagnética de longitudes de onda no visibles, como los rayos gamma, rayos X y radiación ultravioleta. Esta denominación puede ser confusa ya que, a longitudes de onda mayores que el rojo (p.ej. infrarrojo, microondas y ondas de radio), los desplazamientos hacia el rojo se alejan de la longitud de onda del rojo.

Un corrimiento hacia el rojo puede ocurrir cuando una fuente de luz se aleja de un observador, correspondiéndose a un desplazamiento Doppler que cambia la frecuencia percibida de las ondas sonoras. Aunque la observación de tales desplazamientos hacia el rojo, o su complementario hacia el azul, tiene numerosas aplicaciones terrestres (p.ej. Radar Doppler y pistola radar), la espectroscopia astronómica utiliza los corrimientos al rojo Doppler para determinar el movimiento de objetos astronómicos distantes. Este fenómeno fue predicho por primera vez y observado en el Siglo XIX cuando los científicos empezaron a considerar las implicancias dinámicas de la naturaleza ondulatoria de la luz.

Otro mecanismo de corrimiento hacia el rojo es la expansión métrica del espacio, que explica la famosa observación de los corrimientos al rojo espectrales de galaxias distantes, quasars y nubes gaseosas intergalácticas se incrementan proporcionalmente con su distancia al observador. Este mecanismo es una característica clave del modelo del Big Bang de la cosmología física.

Un tercer tipo de corrimiento al rojo, el corrimiento al rojo gravitacional (también conocido como efecto Einstein), es un resultado de la dilatación del tiempo que ocurre cerca de objetos masivos, de acuerdo con la relatividad general.

Estos tres fenómenos, se pueden comprender bajo el paraguas de leyes de transformación de marcos. Existen otros muchos mecanismos con descripciones físicas y matemáticas muy diferentes que pueden conducir a un desplazamiento en la frecuencia de radiación electromagnética y cuyas acciones pueden ocasionalmente ser conocidas como "desplazamiento al rojo", incluyendo la dispersión y efectos ópticos.

Las llamadas velocidades radiales de muchas estrellas se han medido de este modo. Por ejemplo sabemos que Sirio se acerca a nuestro sistema solar a una velocidad de 8 kilómetros por segundos y Altair a 26 kilómetros. En cambio Aldebarán se aleja a una velocidad de 56 kilómetros. Naturalmente puede que existan otras explicaciones de este corrimiento hacía el rojo o el violeta en estrellas y galaxias. Pero la gran mayoría de de los astrónomos modernos fundan sus conclusiones en el efecto Doppler.

En 1924 Edwin Hubbler (astrónomo por el cual se da nombre al telescopio espacial Hubbler), amplió los conocimientos relativos al corrimiento hacía el rojo, gracias a la utilización del mejor instrumental existente por entonces. Descubrió que galaxias enteras deben estar alejándose de la tierra a velocidades asombrosas. Hubbler concluyó que el Universo se expande de forma que todos sus innumerables componentes se separan recíprocamente unos de otros. Como las demás Galaxias se apartan progresivamente de la nuestra, la radiación luminosa que nos envían se debilita en razón directa de su alejamiento. Según Hubbler, esta es la causa de que la luz estelar apenas ilumine nuestras noches terrestres.

lunes, 25 de mayo de 2009

LOS MISTERIOS DEL UNIVERSO




Contemplar el sol y las estrellas equivale a retroceder en el túnel del tiempo, pues los astros dotados de luz propia, no aparecen desde acá, tal como son, sino como fueron cuando los rayos luminosos iniciaron desde ellos su inmenso recorrido.


Velocidad de la luz
La luz recorre 299 792 458 m/s (suele aproximarse a 3•108 m/s).Se denota con la letra c, proveniente del latín celéritās (velocidad), y también es conocida como la constante de Einstein (más de 1,000 millones de kilómetros por hora) y tarda un poco más de ocho minutos en recorrer la distancia Tierra-Sol que es de 142.700.000 kilómetros en perihelio y de 151.800.000 kilómetros en afelio. La estrella denominada Próxima Centauro, la más cercana al sistema solar terrestre, no se observa hoy tal como es, sino como rea hace 4, 25 años luz.
Con la ayuda de potentes telescopios podemos retroceder millones de años en el pasado del universo, incluso más, hasta miles de millones de años, si conectamos a los mismos determinadas placas fotográficas sensibles.

El Hubble
Pero aunque el hombre aumenta incesantemente sus conocimiento y utiliza cada vez instrumentos más perfeccionados como las sondas espaciales de profundidad o el telescopio espacial Hubble (HST por las siglas en inglés) es un telescopio robótico localizado en los bordes exteriores de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593 km sobre el nivel del mar, con un periodo orbital entre 96 y 97 min. Denominado de esa forma en honor de Edwin Hubble, la tierra sigue siendo un insignificante punto cósmico perdido en la imponente inmensidad del universo

El Planeta Tierra
La tierra es uno de los nueve planetas tradicionales. Ya que hemos considerado desde que se descubrió Plutón que el Sistema Solar estaba formado por 9 planetas. Pero, parece que esto no está tan claro y la definición de qué es un planeta ha sido recientemente cuestionada. Durante el mes de agosto de 2006 se han propuesto nuevas definiciones que hacían oscilar el número de planetas desde 8 hasta 12, otros cuerpos celestes también adquirirían dicha categoría, según el borrador de una resolución que será presentada formalmente hoy a la Unión Astronómica Internacional (UAI, en sus siglas en inglés), el organismo que debe determinar qué es exactamente un planeta.

De ser aprobada la resolución, los 12 planetas en nuestro sistema solar, en orden de proximidad al Sol serían Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Ceres, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno, Plutón, Caronte y el 2003 UB313. El descubridor de ese último cuerpo lo llamó Xena por la princesa guerrera que aparecía en un popular programa de televisión, pero es probable que el nombre se modifique posteriormente, según ha adelantado el comité.


Órbitas alrededor del Sol
La tierra y los otros planetas, sin luna o con luna, describen órbitas alrededor del sol y ocupa respecto a este la tercera posición, a su vez el sistema solar constituye una minúscula mancha en el insondable espiral de estrellas, extendidas a lo largo de la galaxia que conocemos como Vía Láctea. Esta galaxia es una de las innumerables que constituyen uno de tantos sistemas de galaxia, tan fuera de cálculo que desafía la imaginación por su magnitud.

Método Trigonómetrico de de Paraleje
En las primeras investigaciones astronómicas se empleó el método trigonométrico denominado Paralaje, para medir las distancias existentes entre la Tierra y los cuerpos celestes más próximos a ella. Este método consistía en tomar cada seis meses vistas triangulares de una estrella, eligiendo como base del triangulo, el diámetro de la orbita que la tierra describe alrededor del sol; conocida la base y los ángulos formados en los extremos de esta, quedan determinadas las dimensiones del triangulo.

Triple éxito en 1838.

En el siglo XVII y XVIII, ya trataron los astrónomos de medir distancias estelares valiéndose del método de Paralaje, pero hasta 1938, no se lograron mediciones correctas. En aquel año y con pocos meses de diferencia, tres astrónomos determinaron diversas distancias utilizando ese método.

La distancia aumenta el encanto, la lejana galaxia explosiva 3C295 , situada a 5.000 millones de años luz de la Tierra, se encuentra en el interior de una gran nube de gas, llamada Boyero, que alberga más de un centenar de galaxias, fue fotografiada en 1960 con el reflector de Monte Palomar, la gran nube de gas es invisible en esta imagen de rayos X por ser demasiado frías. La nube tiene una gran masa, suficiente para formar mil galaxias. Es uno de los objetos de mayor masa conocidos. El gas está a una temperatura de 50 millones de grados.

domingo, 24 de mayo de 2009

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