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EL UNIVERSO

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by

Pepi Ternero

on 17 November 2016

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Transcript of EL UNIVERSO

EL UNIVERSO
1.-LOS OBJETOS QUE FORMAN EL UNIVERSO
2.-EL UNIVERSO ES DINÁMICO
3.-DE QUÉ ESTÁ HECHO
EL UNIVERSO
4.- LA ALQUIMIA DE
LAS ESTRELLAS
5.- LOS AGUJEROS NEGROS
6.-LA HISTORIA DEL UNIVERSO
7.-PREGUNTAS ABIERTAS
1.1-Estrellas, galaxias y nebulosas
100.000 millones de estrellas
1.-LOS OBJETOS QUE FORMAN EL UNIVERSO
Son soles muy lejanos.
Galaxias: objetos básicos para formar el universo. Compuestas de estrellas y polvo.
Nebulosas: nubes de gas y polvo, dentro de las galaxias.
Nebulosa de Orión
Se encuentra en la Vía Láctea.
Nebulosa de Orión
1.2-Agrupaciones de galaxias
Las galaxias aparecen en grupo, reunidas por la atracción de la gravedad.
La Vía Láctea pertenece a un grupo de unas 30 galaxias llamado Grupo Local.
Supercúmulo Laniakea
Los grupos se reúnen en conjuntos mucho mayores, formados por miles de galaxias: son los cúmulos y supercúmulos. El Grupo Local pertenece al Supercúmulo Laniakea ("Cielo infinito" en lengua hawaiana).
2.-EL UNIVERSO ES DINÁMICO
2.1.- La gravedad
Antes de empezar:
La gravedad según Newton y Einstein.

La ecuación de Newton, en algunos casos, como por ejemplo en las proximidades de objetos de masa elevada, no proporciona resultados exactos.
Por ejemplo, no explica correctamente la órbita de Mercurio.
La propuesta de Einstein: La luz se curva al pasar cerca del Sol.
En el siglo XX la teoría de la relatividad general, proponía que los cuerpos con grandes masas actúan sobre el espacio y lo deforman, y esta deformación del espacio modifica la trayectoria de los objetos.
La gravedad mantiene unidas a las galaxias del Grupo Local.
Andrómeda y la Vía Láctea se acercan la una a la otra lentamente (400.000 Km/h).
Chocarán en unos 6.000 m.a.
Todas las galaxias ejercen sobre otras galaxias cercanas una fuerza mucho mayor de la esperada si tenemos en cuenta la suma de la masa de sus estrellas, del gas y del polvo.
Las galaxias de Las Antenas
A una distancia aproximada de 60 millones de años-luz, en la constelación meridional del Cuervo (Corvus en latín), dos grandes galaxias entraron en colisión.

Spiral Galaxies in Collision
Debra Meloy Elmegreen (Vassar College) et al., the Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA)

Explicación:
De aquí a miles de millones de años, sólo pervivirá una de estas dos galaxias. Hasta entonces, las galaxias espirales NGC 2207 y IC 2163 se atraerán lentamente.
Los astrónomos predicen que NGC 2207, la galaxia más grande de la izquierda, a la larga se integrará en IC 2163, la galaxia más pequeña de la derecha.
El espacio que hay entre las estrellas es tan enorme que cuando las galaxias chocan las estrellas que contienen no suelen chocar.

En la década de 1930, el astrónomo suizo Fritz Zwicky observó el cúmulo de galaxias Coma y se dio cuenta de que algo no encajaba. La masa de los conjuntos estelares que se captaban con los telescopios no era suficiente para mantener la elevada velocidad de sus órbitas. Otro tipo de materia, no detectable con la tecnología disponible entonces, debía de estar ahí, oculta, pero haciendo posible que la gravedad mantuviese unidas a las galaxias. A esta materia, que ni emite ni refleja suficiente radiación electromagnética como para ser observada de forma directa, los astrónomos la denominaron “materia oscura”.

En esta recreación artística de la Vía Láctea, el halo azul muestra la distribución esperada de la misteriosa materia oscura
Una investigación reciente ha proporcionado una nueva visión de la naturaleza de la
materia oscura
y de la
energía oscura
(
un tipo de energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del cosmos).
La investigación también ofrece una nueva perspectiva de cómo podría ser el futuro de nuestro Universo.
Hay indicios de que la materia oscura está desapareciendo poco a poco en el cosmos, porque la energía oscura la está 'devorando'.
Los últimos datos astronómicos señalan un incremento de la energía oscura, a medida que esta interactúa con la materia oscura.
Si la energía oscura no existiera, la atracción gravitatoria ejercida por la materia frenaría la expansión del universo, pero las observaciones concluyen lo contrario. La energía oscura es eso que hace que el universo se expanda aceleradamente.
Conclusión: Tiene que existir una gran cantidad de masa en el universo que no se ve. Es la llamada
materia oscura
, cinco veces más abundante que la materia que vemos.
- ¡Ah!, y los astrónomos no saben cómo es.
2.1.1.-La materia oscura
2.2.-¿Adónde van las galaxias?
Las galaxias se alejan unas de otras.
Se descubrió en 1929: al estudiar la luz que emiten las galaxias se comprobó que era más roja cuanto mayor era su distancia a la Tierra.
Explicación: el movimiento de un objeto luminoso comprime o estira las ondas de luz que este emite. Si el objeto se acerca, la onda se comprime: la luz es más azul. Si se aleja, las ondas se alargan, la luz es más roja.
El universo no es estático sino que se expande.
El la teoría del big bang (la " gran explosión"). La teoría fue confirmada en 1965.
Se descubrió que de todo el universo nos llegaban unas ondas muy débiles.
Se las llamó radiación cósmica de fondo.
La única explicación que se halló para esta radiación es que se trata del eco de la gran explosión
Imagen de la radiación cósmica de fondo tomada por la misión Planck de la ESA.
3.-DE QUÉ ESTÁ HECHO
EL UNIVERSO
3.1.-Los espectros de absorción
La luz emitida por un cuerpo calentado al rojo, al pasar por un prisma transparente, se descompone en los colores del arco iris. Esta banda de colores se denominó espectro.
También se observó que cuando esta luz pasa a través de un gas frío parecen sobre el espectro una serie de líneas oscuras (líneas de absorción).
Cada elemento químico tiene sus propias líneas de absorción. Al enfocar hacia el Sol un telescopio con un prisma se descubrió que en su composición había helio, elemento desconocido en la Tierra.
Las espectroscopía ha permitido descifrar la receta química del Universo:
60% de hidrógeno
37% de helio
1% de oxígeno
2% los elementos restantes.
4.- LA ALQUIMIA DE
LAS ESTRELLAS
Interior de una estrella
Las estrellas son una especie de gigantescos globos de gas con una masa muy grande. Por ejemplo la masa del Sol es 300.000 veces la masa de la Tierra.
Comparación masa Sol-Tierra.
Se podría pensar que la gravedad comprimiera esta masa tan grande,
aumentando
su densidad. Pero no es así. La densidad media del Sol es de 1411 kg/m3, poco mayor que la del agua (1000 kg/m3).

¿Por qué no es así?
En el núcleo del Sol la temperatura es de unos 15 millones de grados Kelvin (K). En estas condiciones, los núcleos de H (contienen un protón) se mueven a enormes velocidades, suficientes para vencer la repulsión recíproca de las cargas eléctricas del mismo signo y hacer posible los choques entre ellos. Hablamos de núcleos atómicos y no de átomos porque a esas temperaturas los átomos han perdido sus electrones.
Reacciones nucleares por fusión.
Producción de Helio por fusión nuclear.
4.1- El horno estelar
Cuando chocan dos núcleos de hidrógeno, se inician una serie de
reacciones nucleares de fusión
, que acaban formando helio (átomo con 2 protones y 2 neutrones).
En estas fusiones se emite gran cantidad de energía, que se escapa hacia la superficie solar.
Esta energía ejerce una presión hacia afuera que contrarresta la fuerza de la gravedad. Es la llamada
presión de radiación
.
4.2- Las estrellas cambian:
el fin del hidrógeno
Como el hidrógeno se va transformando en helio, llegará un momento en el que el hidrógeno del núcleo se agote.
Entonces se detiene la fusión. La fuerza de la gravedad ya no es contrarrestada por la presión de radiación, por lo que la estrella vuelve a contraerse y la temperatura aumenta.
En el núcleo de la estrella (100 millones de Kelvin) los núcleos de helio se fusionan formando carbono.
En la capas intermedias el hidrógeno se sigue transformando en helio. Al ser capas menos profundas, la energía de la fusión alcanza con más facilidad la superficie y la estrella se hincha.
Como consecuencia, la superficie se enfría y se vuelve rojiza.
En esta fase a la estrella se la llama
gigante roja
.
En estrellas de gran masa (al menos 8 veces la masa del Sol), cuando el helio del núcleo se acaba, se produce una nueva compresión y un nuevo aumento de la temperatura del núcleo.
El proceso se repite cada vez a mayores temperaturas, formándose sucesivamente O, Ne, Mg, Si, Ni, Co y Fe.
Este conjunto de procesos se llama
nucleosíntesis
(se sintetizan núcleos de nuevos elementos.
La nucleosíntesis acaba produciendo núcleos de Fe, muy pesados que ya no sirven como proyectiles. Llegado a este punto la estrella se apaga.
4.3- El fin de una estrella: los elementos más pesados
Al extinguirse la fusión nuclear, la fuerza de la gravedad aplasta la estrella, liberándose una cantidad enorme de energía
¿Por qué se libera tanta energía? El radio de Aldebarán alcanza unos 30 millones de km. Una partícula de masa m tiene que recorrer una enorme distancia (h) desde la superficie hasta el núcleo. Su energía potencial (U) sería:
U=m g h
La enorme cantidad de energía potencial de la estrella se transforma en energía cinética y, por choques entre las partículas, en calor.
Resultado: la estrella explota como una
supernova
, fabricando en pocos minutos el resto de elementos del sistema periódico: Au, Pt, U...
Evolución de una estrella
Nebulosa del Cangrejo
Observada por astrónomos chinos en 1054. Los elementos fabricados en la supernova se esparcen por el espacio que la rodea.
5.- LOS AGUJEROS NEGROS
Al final de su vida, tras haber sido una gigante roja, el Sol expulsará parte de su masa y quedará solo su núcleo caliente (
enana blanca
).
A medida que se vaya enfriando, se transformará en una
enana marrón
y en una
enana negra
: un núcleo helado.
5.1.-Agujeros negros estelares
Cuando la masa de una estrella es más de 3 veces la masa del Sol, el hundimiento gravitatorio hace que su núcleo alcance una densidad enorme, tal que ni siquiera la luz puede escapar (
agujeros negros
).
Como se forman a partir de una estrella se llaman
agujeros negros estelares
.
Para entender bien esto es útil el concepto de velocidad de escape. Para lanzar un proyectil a la luna, hace falta vencer la gravedad terrestre, y eso requiere una velocidad mínima de 11,2 km/s.
Si lo lanzamos desde Marte, 5km/s y si lo hacemos desde el Sol 617 km/s.
La
velocidad de escape
de un agujero negro es de 300.000 km/s (velocidad de la luz).
Su enorme gravedad atrae la materia cercana a ellos, lo que hace aumentar su masa.
La materia cae hacia el agujero negro girando como en el remolino de un desagüe hasta que alcanza el punto de no retorno (
horizonte de eventos
).
Al girar a velocidades cada vez mayores, la materia se calienta emitiendo una radiación muy energética, incluso rayos X. Por esto podemos localizar agujeros negros.
5.2.-Agujeros negros galácticos
En el centro de las galaxias existen agujeros negros. El que se encuentra en el centro de la Vía Láctea se llama
Sagitario A*
. Su masa es 4,5 veces la masa del Sol.
6.-LA HISTORIA DEL UNIVERSO
El Universo actual no se parece en nada al que surgió del
big bang
.
Esta teoría no nos dice cómo era el Universo en ese instante, y mucho menos, antes de la gran explosión.
La historia del Universo cuenta con unos 13800 millones de años.
10 exp -33 segundos: la etapa de inflación:
Un Universo supercomprimido se expande a enorme velocidad: en una fracción de segundo aumentó 10 exp 26 veces.

1
2
Los 3 primeros minutos del universo: formación de partículas complejas:
En este momento la sopa del Universo está muy caliente; formada por fotones, electrones y quarks (los componentes del protón y el neutrón) Al enfriarse, se formaron neutrones y protones.

3
370.000 años: primeros átomo, primeras luces.
La temperatura siguió descendiendo hasta que los protones, neutrones y electrones pudieron unirse para formar átomos de H, He y Li.
Al desaparecer las partículas con carga eléctrica, que interferían con los fotones, estos ya pudieron viajar libremente: surgieron los primeros rayos de luz. El resto de esta primera luz es lo que nos llega como radiación cósmica de fondo.

4
300 millones de años: las estrellas y las galaxias.
Las zonas del espacio que eran más densas empezaron a atraer materia. Al chocar las partículas se calentaron tanto que surgieron las primeras estrellas. Estas al congregarse poco a poco dieron lugar a las galaxias.

5
9.000 millones de años: el Universo acelera su expansión
Las galaxias empezaron a viajar a velocidades cada vez mayores.
No se sabe por qué.
Los científicos han denominado
energía oscura
a esta fuerza misteriosa que actúa en sentido contrario a la fuerza de la gravedad.

7.1.-¿Tiene límites el universo?
El Universo observable mide 13.800 millones de años luz.
Esto es lo que se llama
horizonte
.
Los científicos creen que en el Universo rige el
principio cosmológico
, que dice que , a gran escala, cualquier zona del Universo es análoga a las demás.
Este principio descarta que el Universo tenga límites (un límite sería un lugar especial).
De forma, que según la ciencia actual el universo debe ser infinito e ilimitado.
7.2.-¿Existen otros universos?
Hablamos de
multiversos
, una posible consecuencia de la hipótesis de la inflación.
En la etapa de la inflación, el crecimiento del Universo sería tan enorme que este se rompería en burbujas separadas, originando cada una de ella un Universo distinto.
La existencia de estos teóricos universos no se podrá comprobar jamás, ya que , por definición, permanecerán para siempre separados.
7.3.-¿Cuál es el futuro del Universo?
Las predicciones no son muy optimistas:
El
big rip
(gran desgarramiento) viene a decirnos que en unos 20.000 millones de años la energía oscura separaría las galaxias tanto unas de otras que prácticamente quedarían aisladas, como si fuesen únicas en el Universo.
Más adelante, las galaxias, las estrellas, los planetas, los átomos, se romperían y sus restos quedarían separados.
Lo siento, chicas y chicos. Están locos estos científicos. Aunque siempre nos quedará el arte.
Vídeo radiación cósmica de fondo
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