El Big Bang (La creación del universo)

La teoría del Big Bang es el modelo cosmológico predominante para los períodos conocidos más antiguos del Universo y su posterior evolución a gran escala.

Afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y luego se expandió. Si las leyes conocidas de la física se extrapolan más allá del punto donde son válidas, encontramos una singularidad.

La materia, en el Big Bang, era un punto de densidad infinita que, en un momento dado, explota generando su expansión en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.

Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.

En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.

Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.

Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los radioastrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.

Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer).

Un intento de resolver este problema es determinar si la densidad media de la materia en el Universo es mayor que el valor crítico en el modelo de Friedmann. La masa de una galaxia se puede medir observando el movimiento de sus estrellas; multiplicando la masa de cada galaxia por el número de galaxias se ve que la densidad es sólo del 5 al 10% del valor crítico. La masa de un cúmulo de galaxias se puede determinar de forma análoga, midiendo el movimiento de las galaxias que contiene. Al multiplicar esta masa por el número de cúmulos de galaxias se obtiene una densidad mucho mayor, que se aproxima al límite crítico que indicaría que el Universo está cerrado.

La diferencia entre estos dos métodos sugiere la presencia de materia invisible, la llamada materia oscura, dentro de cada cúmulo pero fuera de las galaxias visibles. Hasta que se comprenda el fenómeno de la masa oculta, este método de determinar el destino del Universo será poco convincente.

Muchos de los trabajos habituales en cosmología teórica se centran en desarrollar una mejor comprensión de los procesos que deben haber dado lugar al Big Bang. La teoría inflacionaria, formulada en la década de 1980, resuelve dificultades importantes en el planteamiento original de Gamow al incorporar avances recientes en la física de las partículas elementales. Estas teorías también han conducido a especulaciones tan osadas como la posibilidad de una infinidad de universos producidos de acuerdo con el modelo inflacionario.

Sin embargo, la mayoría de los cosmólogos se preocupa más de localizar el paradero de la materia oscura, mientras que una minoría, encabezada por el sueco Hannes Alfvén, premio Nobel de Física, mantienen la idea de que no sólo la gravedad sino también los fenómenos del plasma, tienen la clave para comprender la estructura y la evolución del Universo.

Agrupaciones de estrellas

Constelaciones

Las primeras y más conocidas son las denominadas Constelaciones.

Una constelación, en astronomía, es una agrupación convencional de estrellas, cuya posición en el cielo nocturno es aparentemente invariable. Los humanos las hemos "unido" en cierta manera para formar figuras de animales, personas u objetos, tales como el dios Hércules, la constelación Grus, es decir la Grulla, o el objeto Libra, la balanza.

En la inmensidad del espacio, en cambio, las estrellas de una constelación no necesariamente están localmente asociadas; y pueden encontrarse a cientos de años luz unas de otras. Además, dichos grupos son completamente arbitrarios, ya que distintas culturas han ideado constelaciones diferentes, incluso vinculando las mismas estrellas.

Cúmulos estelares

El otro tipo de agrupación de estrellas ya se puede apreciar en los famosos cúmulos estelares o de estrellas.

Un cúmulo estelar es un grupo de estrellas atraídas entre sí por su gravedad mutua. La clasificación tradicional incluye dos tipos de cúmulos estelares: los cúmulos globulares y los cúmulos abiertos .

Los cúmulos globulares son agrupaciones densas de centenares de miles o millones de estrellas viejas , mientras que los cúmulos abiertos contienen generalmente centenares o millares de estrellas jóvenes  o de edad intermedia (entre cien millones y mil millones de años).

Observan vientos vertiginosos en galaxia gemela de Vía Láctea

Al respecto Anna Lia Longinotti, investigadora del INAOE, dijo que es la primera vez que se descubre un fenómeno de este tipo, porque usualmente estos vientos son detectados en agujeros negros ubicados en núcleos activos de galaxias, cuásares muy brillantes y en general en galaxias muy luminosas.

"Este fenómeno es conocido como UFO, por ultra fast outflows, que son vientos de gas expulsados por agujeros negros supermasivos y que alcanzan velocidades del 10 o 20 por ciento la velocidad de la luz", acotó.

Explicó que es un fenómeno relativamente nuevo que se ha observado desde hace apenas cinco años, principalmente en rayos X, en datos de baja resolución, que no tienen la calidad para identificar las diferentes líneas de absorción por las cuales está formado.



Gracias a la mejor calidad de los datos, detectamos una serie de líneas que nunca se habían observado, de hecho, cuando las vimos por primera vez no las reconocimos, nos costó bastante trabajo entender que esto era un UFO porque no se había observado antes.

Varios del equipo hemos trabajado con espectros de alta resolución y ninguno había visto algo así, apuntó.

Lia Longinotti añadió que la novedad de este viento con respecto de observaciones anteriores es que se detecta principalmente por la presencia de oxígeno.

"En los modelos teóricos, estos vientos se modelan con propiedades extremas, con átomos de hierro altamente ionizados. En la galaxia observamos que tiene distribución de iones de oxígeno, y esperamos que esto pueda servir a quienes hacen teoría para desarrollar reproducciones más consistentes con las observaciones", acotó.

Subrayó que una de las contribuciones de este proyecto para la astronomía en general tiene que ver con el concepto de retroalimentación (feedback), una manera de suprimir la formación estelar en galaxias que tienen mucho gas, lo cual está previsto en los modelos de evolución de galaxias.

"La retroalimentación, hasta ahora, se ha observado y se espera a nivel teórico en galaxias y cuásares que son muy luminosos, producto de la interacción de dos galaxias que se funden, mezclan, y hay una gran cantidad de gas para formar estrellas, acotó.

La especialista del INAOE dijo que hasta ahora se han observado los fenómenos de retroalimentación más conocidos como es la alta luminosidad, mucha energía y gas.

Agregó que la gente que hace modelos teóricos necesita los resultados de este tipo de proyectos para que sus modelos se enriquezcan con datos observacionales.

Erwin Rudolf Schrodinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger físico austriaco que inventó la mecánica ondulatoria en 1926, y que fue formulada independientemente de la mecánica cuántica. Al igual que esta última, la mecánica ondulatoria describe matemáticamente el comportamiento de los electrones y los átomos. Pero su ecuación medular, conocida como ecuación de Schrödinger, se caracteriza por su simpleza y precisión para entregar soluciones a problemas investigados por los físicos.

Schrödinger nació en Viena el 12 de agosto de 1887, y murió el 4 de enero de 1961. Hijo único del matrimonio formado por Rudolf Schrödinger y una hija de Alexander Bauer, su profesor de química en la Universidad Técnica de Viena.

En 1920, asume un puesto académico como ayudante de Max Wien; después ocupa los cargos de profesor extraordinario en Stuttgart , en la Universidad de Zurcí.

Fue su período más fructífero, ocupándose activamente de una variedad de temas sobre física teórica. Sus artículos se centraron específicamente en la temperatura de sólidos, problemas de termodinámica y espectros atómicos. Su gran descubrimiento, la ecuación de ondas de Schrödinger, ocurrió durante la primera mitad de 1926. Por ese trabajo Schrödinger compartió con Dirac el premio Nobel de física de 1933.

En 1927, Schrödinger se mudó a Berlín para suceder a Planck. Cuando Hitler asciende al poder en el año 1933, Schrödinger, al igual que muchos otros científicos, concluye que en ese entorno político no puede continuar en Alemania. Emigra a Inglaterra y trabaja en Oxford. En 1938 se trasladó a Italia. Después de una breve estancia en EE.UU., regresa a Europa para ocupar un cargo académico en el Instituto de Estudios Avanzados de Dublín, siendo posteriormente nombrado director de la escuela de física teórica de esa institución. Permanece en Dublín hasta su retiro en 1955.

No obstante su retiro de la vida académica activa, Schrödinger continuó con sus investigaciones y publicó una variedad de artículos sobre distintos temas, en los cuales se incluye el problema de unir la gravedad con el electromagnetismo, que también absorbió a Einstein. También escribió un pequeño libro titulado «Qué es la Vida» y manifestó su interés en la fundación de la física atómica. 

El telescópio

Hace cuatro siglos nació un invento que habría de redefinir nuestro lugar en el universo. Tachado en su momento como el instrumento más diabólico de la historia, el telescopio sacudió la sociedad hasta las raíces. Al alzar los ojos al cielo nos convencimos de que éramos el centro de la creación, y había razones para ello: desde nuestra perspectiva, todo parece girar en torno a la Tierra. Cuando alguno osaba desafiar esta noción del mundo, su voz era acallada por los poderes religiosos hasta que, entre 1608 y 1609, la venda cayó de los ojos.

Los fabricantes de vidrio sabían desde la antigüedad que una esfera de vidrio podía aumentar imágenes, pero tuvieron que pasar siglos antes de que alguien ensamblara dos lentes en un tubo y mirara a través de ellas. Señalar la fecha, lugar y autor exactos de su invención es controvertido. Los holandeses se inclinan por el 2 de octubre de 1608, el día en que Hans Lippershey patentó un instrumento llamado kijker, que significa mirador. Un moledor de vidrio holandés aseguraba haber inventado un aparato similar, pero el primero en patentarlo fue Lippershey. Como era alemán, vivía en Holanda y registró la patente en Bélgica, más de un país ha pugnado por el honor de su autoría. Sin embargo, como dijo Darwin, "en la ciencia el crédito es del que convence al mundo y no del primero en tener la idea". Por eso la gloria se la llevó Italia, ya que fueron las mejoras que introdujo Galileo las que permitieron usar el aparato como instrumento astronómico. Y como esto sucedió en 1609, las Naciones Unidas declararon 2009 como Año Internacional de la Astronomía.

El diseño de Galileo consistía en una lente convexa para el objetivo y otra cóncava en el ocular. En 1611 el alemán Johannes Kepler fue el primero en usar dos lentes convexas que enfocaban los rayos en un mismo punto. La configuración de Kepler aún se usa en binoculares y cámaras fotográficas modernas y es la base del telescopio refractor.

Galileo acudió a los poderosos y les hizo "ver para creer", mostrándoles las lunas de Júpiter y las orejas de Saturno. "El propósito de la Iglesia no es determinar cómo van los cielos, sino cómo ir a los cielos", decía a los prelados. Y fue demasiado lejos, porque terminó sus días en arresto domiciliario e intelectualmente olvidado. Pero el año en que Galileo moría, nació el niño que habría de completar su revolución. Isaac Newton nos dio una nueva imagen del universo que sobrevivió 250 años hasta Einstein. "Si he logrado ver más lejos ha sido porque me he subido a hombros de gigantes", escribió. Y así, sobre la herencia de Galileo, Newton inventó el telescopio reflector, que es la base de los actuales. La innovación consistía en usar espejos en lugar de lentes para enfocar la luz y formar imágenes. Entonces el universo se nos abrió en todo su esplendor.

El telescopio nos ha permitido ver hacia atrás en el tiempo. En astronomía, cuanto más lejos miramos, más nos adentramos en el pasado. Para leer el primer capítulo de la biografía del cosmos, hemos necesitado observatorios cada vez mayores con espejos ultrapulidos que recogen fotones en cantidades industriales. Pero a finales de los 70, los instrumentos de los astrónomos no satisfacían sus ambiciones. Muchos pensaban que los cinco metros del telescopio Hale, en California, eran el límite para un espejo. Y cuando los rusos construyeron en 1976 uno de seis metros, el aparato produjo imágenes aberrantes.
Un físico de Berkeley llamado Jerry Nelson dio con una solución: unió varios espejos hexagonales en un patrón de colmena. El diseño empleaba una tecnología militar llamada óptica adaptativa que corregía las perturbaciones atmosféricas. Había que medir las diminutas variaciones de temperatura del aire para ajustar los espejos del telescopio 2.000 veces por segundo. La rapidez de estos cálculos requería también un superordenador. Todos pensaban que Nelson estaba loco. Pero la controversia cesó cuando en los años 90 los telescopios mellizos Keck I y II -los primeros de espejos segmentados- abrieron los párpados desde la cima del volcán Mauna Kea, en Hawai. Funcionaban tan bien que pronto hubo una legión de proyectos pisándoles los talones. Desde entonces, los espejos segmentados son los líderes en megatelescopios ópticos.

Y tras espiar el cosmos desde la Tierra, los instrumentos de observación conquistaron los cielos. En 1990, el transbordador Discovery colocó a 593 km sobre nuestras cabazas el telescopio Hubble. Libres de los efectos de la turbulencia atmosférica, las mediciones de este anteojo robótico han sido una de las mayores fuentes de conocimiento sobre el espacio interestelar.

Pero volvamos a la Tierra. Si Galileo levantara la cabeza, se sentiría orgulloso del último bastión de los monoespejos, el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral. Los cuatro telescopios de 8,2 metros de diámetro son la culminación de la interferometría óptica, que une el poder de cada espejo y multiplica su resolución.

Los científicos pretenden construir la próxima generación de telescopios con espejos de más de 40 metros de diámetro, y en el futuro, de hasta 100 metros, situados en los altos desiertos. El siguiente paso será colocar en órbita ojos capaces de vislumbrar los primeros instantes del universo. Al igual que el instrumento de Galileo, quizá los nuevos sensores nos obliguen a desechar lo que damos por sentado. De todas formas, ya nada será igual.

tesoro oculto en marte

Buscando un tesoro oculto en Marte25 marzo 2013 La sonda Mars Express de la ESA lleva diez años estudiando el Planeta Rojo, acumulando tesoros por descubrir en el archivo fotográfico de la misión. A través de la página web HRSCview se puede acceder a este archivo y explorar cualquier región del Planeta Rojo a través de los ojos de Mars Express, descubriendo cientos de imágenes que todavía no han sido publicadas. Bill Dunford , bloguero de la Planetary Society, explica que “las agencias espaciales siempre publican las imágenes más impresionantes… pero a veces también es divertido explorar por tu cuenta”. De hecho, Bill se dio una vuelta por el laberinto de valles de la regiónNoctis Labyrinthusde Marte a principios de este año, utilizando HRSCview como guía, y elaboró este hermoso mosaico. Noctis Labyrinthus, el ‘Laberinto de la Noche’, se encuentra en el límite occidental de Valles Marineris, el Gran Cañón de Marte. Esta región fue fotografiada por Mars Express por primera vez en junio de 2006. Noctis Labyrinthuses una compleja región tectónica, íntimamente ligada al levantamiento de la cercana región volcánica deTharsis, hogar del mayor volcán del Sistema Solar, el Monte Olimpo. La formación del abultamiento deTharsisprovocó que la corteza del planeta se estirase y se fracturase a lo largo de fallas paralelas, desencadenando hundimientos conocidos como fosas tectónicas o graben. Algunas de las fosas tectónicas de esta imagen han sufrido una fuerte erosión, como muestran las rocas esparcidas en su base. En las zonas más elevadas se pueden ver formaciones más recientes, líneas de fallas que se cruzan en distintas direcciones, indicando que el estiramiento tectónico de la región se produjo en varias etapas diferentes.