EL UNIVERSO Y SUS CURIOSIDADES
El Universo contiene miles de millones de galaxias, cada una con millones o miles de millones de estrellas. El espacio entre las estrellas y las galaxias está en gran parte vacío. No obstante, incluso en sitios alejados de las estrellas y los planetas hay partículas dispersas de polvo o unos pocos átomos de hidrógeno por centímetro cúbico. El espacio también está lleno de radiación (por ejemplo, luz y calor), campos magnéticos y partículas de alta energía (como los rayos cósmicos).
El Universo es increíblemente grande. Un avión caza actual tardaría más de un millón de años en llegar a la estrella más cercana al Sol. Si viajara a la velocidad de la luz (300.000 km por segundo), tardaría 100.000 años sólo en cruzar nuestra Vía Láctea.
Nadie conoce el tamaño exacto del Universo, porque somos incapaces de ver el borde, si es que lo tiene. Todo lo que sabemos es que el Universo visible tiene al menos 93.000 millones de años luz de ancho (un año luz es la distancia que la luz recorre en un año, por lo tanto, unos 9 billones de km).
El 'espacio exterior' comienza a 100 km de distancia de la Tierra, donde desaparece la cáscara de aire que envuelve nuestro planeta. Sin aire para esparcir la luz solar y producir un cielo azul, el espacio se ve como un lienzo negro salpicado de estrellas.Por lo general, se piensa que el espacio está completamente vacío, pero eso no es verdad. Los vastos trechos entre las estrellas y los planetas están llenos de enormes cantidades de gas y polvo, diseminados de manera casi imperceptible. Incluso las partes más vacías del espacio contienen al menos unos cuantos cientos de átomos o moléculas por metro cúbico.
Luego explotó de pronto. Había nacido el Universo que conocemos. El tiempo, el espacio y la materia comenzaron con el Big Bang. En una fracción de segundo, el Universo pasó de ser más pequeño que un átomo a ser más grande que una galaxia. Y continuó creciendo a una velocidad impensable. Todavía hoy se encuentra en expansión.A medida que el Universo se expandía y enfriaba, la energía se convertía en partículas de materia y antimateria. Estos dos tipos opuestos de partículas se destruyeron entre sí casi por completo. Pero algo de materia sobrevivió. Cuando el Universo tenía un segundo de edad, se comenzaron a formar partículas más estables, llamadas protones y neutrones.En los tres minutos que siguieron, la temperatura cayó por debajo de 1 billón de grados Celsius siendo entonces lo suficientemente templada como para que los protones y neutrones se unieran, formando núcleos de hidrógeno y helio.Tras 300.000 años, la temperatura del Universo había descendido a cerca de 3.000 grados. Los núcleos atómicos finalmente pudieron capturar electrones para formar átomos. El Universo se llenó de nubes de gas de hidrógeno y helio..
¿Es el Universo infinito o tiene un final? Esta cuestión, que mezcla Astronomía con Filosofía, es seguramente la pregunta clave de la ciencia. Una pregunta cuya respuesta, en caso de encontrarla, lo cambiaría todo. Y es que las implicaciones de que sea infinito serían asombrosas y, a la vez, aterradoras.
Y lo más sorprendente de todo es que, por ahora, todas las evidencias indican que el Universo no tiene bordes. En otras palabras, en principio, el Universo es infinito. Prepárate para que te estalle la cabeza, pues hoy mostraremos el por qué los astrónomos coinciden en que el Universo no es algo finito, sino infinito. Vamos allá.Sabemos muchas cosas acerca del Universo. Y más que sabremos en el futuro. Pero hemos estado, estamos y estaremos limitados siempre por un aspecto: la velocidad de la luz. Tal y como estableció Einstein en su teoría de la relatividad general, lo único constante en el Universo es la velocidad de la luz, que es de 300.000 km por segundo.
Sabemos también que el Universo nació hace 13.800 millones de años en el conocido como Big Bang, que es el inicio de la expansión del Cosmos a partir de una singularidad en el espacio-tiempo. Y desde entonces, sabemos que está expandiéndose. Y que lo está haciendo, además, de forma acelerada. De hecho, se expande 70 km por segundo más deprisa por cada 3,26 millones de años luz de distanciaPero, ¿cuál es el problema con el que nos topamos cuando intentamos determinar si el Universo tiene límite o no? Es decir, cuando intentamos determinar si es infinito o no. Pues que estamos limitados por el tiempo que ha tenido la luz para viajar desde el nacimiento del propio Universo.
Lo más lejos que podemos ver en el espacio son 13.800 millones de años luz de distancia. Bueno, técnicamente, 13.799.620.000 millones de años luz, pues durante los primeros 380.000 años de vida del Universo, la energía era tan alta que no podían formarse átomos como tal, por lo que las partículas subatómicas se encontraban libres formando una “sopa” que impedía que los fotones viajaran libremente por el espacio. Bueno, la cuestión es que no fue hasta 380.000 años después del Big Bang que, literalmente, se hizo la luz.
Por lo tanto, este es nuestro límite. No podemos ver más allá. Y al no poder ver más allá, no podemos saber si realmente el Universo tiene un borde o, si, por lo el contrario, es infinito. La única manera de determinar, pues, si el Universo es eterno o finito, es apoyarnos en los cálculos matemáticos y predicciones astronómicas. Y lo cierto es que han arrojado mucha luz. Muchísima.
La geometría del Universo y su eternidad
Una de las principales maneras de saber si el Universo era infinito o no era determinar su forma. Se trata de una tarea increíblemente compleja, pero las mediciones y predicciones matemáticas determinaron que el Cosmos solo podía tener cuatro geometrías posibles: euclídea (plana), esférica, hiperbólica (plano pero con curvatura) o toroidal (como un donut).
La toroidal la terminamos desechando (aunque queda una pequeña puerta abierta) ya que la presencia de dos curvaturas distintas (la longitudinal y la transversal) haría que la luz se propagara de formas distintas en el espacio. Y esto atenta contra el principio cosmológico, que nos dice que el Universo es isótropo, es decir, que las propiedades físicas no dependen de la dirección en la que son examinadas. Si fuera como un donut, sí que dependería de ello.
Por lo tanto, nos quedamos con tres formas posibles: plana, esférica o hiperbólica.Y ahora viene lo interesante. La hipótesis de la forma esférica implicaría que el Universo está cerrado. Es decir, es finito. Si el Universo es una esfera, no puede ser infinito. Y las hipótesis de las formas plana e hiperbólica, al plantear ambas un Universo abierto, implicarían que el Universo es infinito.
En este sentido, determinando la forma del Universo podemos saber si este es infinito o no. ¿Y podemos saber su geometría? Sí. Al menos, de forma aproximada. Mediante el análisis del fondo cosmico del microondas Es la radiación que queda del Big Bang. Son los ecos de primera luz que hubo en el Universo 380.000 años después de su nacimiento. Y se trata de una radiación que ha viajado muchísimo hasta llegar a nosotros.
Por lo tanto, es esta radiación cósmica de fondo la que mejor habrá experimentado los efectos de la curvatura (o no curvatura) del Universo. Si el Universo es plano, su curvatura es de 0. Si es esférico, su curvatura es positiva (mayor que 0). Y si es hiperbólico, su curvatura es negativa (menor que 0).
En este contexto, lo que hacemos es calcular la distorsión que ha sufrido la radiación cósmica de fonde a lo largo de su viaje desde los orígenes del Universo. Comparamos las estimaciones de tamaño de las manchas del fondo cósmico de microondas con el tamaño de manchas que realmente vemos. Si la curvatura es positiva (geometría esférica), veríamos las manchas más grandes de lo que estiman los modelos matemáticos.
Si la curvatura es negativa (geometría hiperbólica), veríamos las manchas más pequeñas de lo que estiman los modelos matemáticos. Y si no hay curvatura (geometría plana), veríamos las manchas del mismo tamaño que estiman los modelos matemáticos.
¿Y qué es lo que vemos? Que no hay distorsión. O que, como mínimo, estamos muy cerca del 0 en curvatura. La geometría del Universo parece ser plana. Y si el Universo es plano, significa que es abierto. Y si es abierto, es infinito.
El hecho de que su geometría parezca ser plana, junto al hecho de que la energía oscura no se diluya en el espacio por mucho que aumente la expansión del Universo, parece indicar que, en efecto, el Universo es infinito. No tiene límites. Siempre que avances por él, encontrarás nuevas galaxias y nuevas estrellas. Jamás encontrarás un límite ni regresarás al mismo sitio. El Universo es eterno. O eso parece.
Entonces, ¿el Universo es realmente infinito?
A pesar de que los estudios de geometría del Universo y de energía oscura parecen indicar que, en efecto, el Cosmos es infinito, nunca podremos estar seguros de ello. ¿Por qué? Básicamente, porque no podemos confirmar al 100% que el Universo es plano.
Sabemos que ronda el 0 de curvatura, pero no estamos totalmente seguros de ello. Los cálculos no pueden ser del todo precisos, por lo que es posible que haya una ligera curvatura positiva (si es negativa, no importa demasiado, porque sería hiperbólico y seguiría siendo infinito) que no podemos medir.
El Universo o es plano o es ligeramente esférico. Pero que sea ligeramente esférico ya implicaría que el Universo sería una esfera cerrada que, por lo tanto, haría del Cosmos un lugar finito. Quizás nunca podamos medir exactamente su curvatura. Y sin saber si realmente es de cero o no, estamos totalmente ciegos. Esa pequeña diferencia numérica haría que pasáramos de una concepción de Universo infinito a uno de finito. Lo cambia todo.
Por no hablar de que seguimos sin saber la escala real del Universo. Es inmenso, eso está claro. Pero no sabemos cómo de inmenso. Estamos limitados por la porción de Cosmos que la luz nos permite ver. Y quizás la porción que nosotros vemos, sea, en efecto plana; pero el Universo es tan increíblemente grande que, aun siendo en la totalidad esférico, nuestra “parcela” parece ser plana.
Es lo mismo que pasa a nivel de la Tierra. Si tú mides la curvatura que hay en el suelo en una porción de 1 km de largo, verás que esta curvatura es de 0. ¿Significa esto que la Tierra es plana? No. Es esférica. Lo que pasa es que, a una escala tan pequeña en comparación con la totalidad, la curvatura es imperceptible.
En este sentido, no sabemos ni si la parcela que estamos viendo del Universo es realmente plana del todo ni tampoco que, en caso de que podamos confirmar que es absolutamente plana, no pertenece a un “todo” esférico tan increíblemente grande (pero finito) que no nos permite percibir la curvatura.
Nunca podremos estar seguros de si el Universo es infinito o de si tiene un límite. La pregunta, pues, se abre a interpretaciones. Cualquier posición es válida. Y, tanto que sea infinito (lo que implicaría que hay infinitos “tú” en el Universo ya que todas las probabilidades físicas, químicas y biológicas pueden cumplirse infinitas veces en un panorama eterno) finito (que implicaría que estamos encerrados dentro de un cosmos rodeado de “nada”) son dos escenarios realmente aterradores si lo paras a pensar. Sea infinito o no, el Universo es algo asombroso e indescifrable. Y es seguramente esto lo que lo hace tan maravilloso.
¿Qué es la energía oscura?
También pensábamos que, recogiendo lo que sabemos sobre la gravedad, esta expansión tenía que ser cada vez más lenta. Por simple atracción gravitatoria entre los elementos materiales que conforman el Cosmos, la expansión del Universo tenía que ir frenándose. Pero en los años 90, un descubrimiento hizo que tuviéramos que reformularlo todo: el Universo está acelerando.
Esta expansión acelerada del Cosmos era imposible desde un punto de vista matemático. Por ello, o lo estábamos midiendo todo mal (cosa que se descartó) o ahí fuera hay algo invisible a nuestros ojos que está ganando la batalla a la gravedad. Y le dimos nombre y apellidos: la energía oscura.
¿Qué es exactamente la energía oscura?
La energía oscura es el motor de la expansión acelerada del Universo. Punto. Esta es la definición con la que tienes que quedarte. Pero, evidentemente, debemos ponernos en contexto para entender exactamente qué significa esta afirmación.Con las leyes de la gravedad de Newton y la relatividad general de Einstein, vivíamos tranquilos. Todo parecía funcionar adecuadamente en el Universo. Y es que las galaxias, estrellas y planetas respondían muy bien a ambas teorías.
Pero, ¿qué pasó? Bueno, pues que nos despertamos de este sueño. Las cosas no funcionaban. En los años 90, mientras se investigaban unas supernovas situadas en galaxias lejanas, nos dimos cuenta de algo que cambiaría para siempre el mundo de la Astronomía.
Y es que todas las galaxias se están separando de nosotros cada vez más deprisa. Esto no tenía ningún sentido. Y, o bien estábamos en una región totalmente única del Universo (tiene que darse la increíble casualidad de que todas las que vemos a nuestro alrededor se comporten así) o, lo que es más evidente, algo fallaba en la ecuación. Y así es.
No es que las galaxias se estén alejando directamente de nosotros. Es decir, no se mueven como puede moverse un coche. Lo que pasa es que cada vez está creciendo más y más el espacio entre ellas. Digamos que se está “fabricando” constantemente nuevo espacio-tiempo.Pero esto es imposible con lo que sabemos sobre la atracción gravitatoria. Y es que, de hecho, la expansión del Universo, por atracción gravitatoria entre elementos del Cosmos, debería ser cada vez más lenta. Y no. Lo que vemos es que las galaxias cada vez se están alejando más deprisa las unas de las otras.
Esta expansión acelerada solo es palpable en el espacio entre galaxias, pues dentro de ellas, la propia gravedad entre las miles de millones de estrellas que las conforman, se encargan de mantener la cohesión gravitatoria.
Pero ahí fuera, en el espacio intergaláctico, debe haber algo que esté luchando contra la gravedad y que, dado que la expansión está acelerando, sin duda la está ganando. Pero a pesar de esto, no somos capaces de detectarla ni de verla.
A esta energía invisible que está funcionando como motor de la expansión acelerada del Universo y que está luchando constantemente contra la gravedad pero, a la vez, equilibrándola, la conocemos, desde los años 90, como energía oscura.
¿Dónde está la energía oscura y cómo sabemos que existe?
En resumidas cuentas, está en todas partes y sabemos que existe porque, de no hacerlo, el Universo no podría estar expandiéndose aceleradamente. Pero profundicemos en ambos aspectos. Y ahora es cuando te va a estallar la cabeza de verdad.
Y es que de acuerdo a las estimaciones necesarias para que el Universo se comporte como lo hace, la materia que nosotros conocemos (la que constituye nuestros cuerpos, los planetas, los satélites, las estrellas…) conforma solo el 4% del Universo. Es decir, la materia bariónica, aquella constituida por las partículas del modelo estándar (protones, neutrones, electrones…) y que podemos ver, percibir y sentir es solo el 4% del Cosmos.
¿Y el resto? Bueno, sabemos que el 1% corresponde a la antimateria (aquella que se comporta igual que la materia bariónica pero sus partículas tienen carga eléctrica inversa) y que el 23% corresponde a la materia oscura (aquella que interactúa gravitatoriamente pero que no emite radiación electromagnética ni interactúa con la luz, por lo que es imposible de medir ni percibir).
Pero, ¿y el 73% restante? Pues tiene que estar, necesariamente, en forma de energía oscura. Para que lo que vemos en el Universo sea posible matemáticamente, el 73% de todo el Cosmos corresponde a una forma de energía que no podemos ver ni percibir pero que, indudablemente, está ahí fuera, luchando contra la gravedad.
La energía oscura está por todas partes y es una fuerza contraria a la atracción gravitatoria, en el sentido que mientras la gravedad atrae a los cuerpos entre sí, la energía oscura los separa. El Universo es una lucha constante entre gravedad y energía oscura. Y, dada la expansión acelerada del Cosmos, la energía oscura ganó la batalla hace unos 7.000 millones de años.
De todos modos y a pesar de que sabemos que tiene que constituir prácticamente todo el Universo, la energía oscura es uno de los mayores misterios de la Astronomía. Y es que no interacciona con ninguna de las fuerzas que conocemos ni con la materia bariónica (aquella formada por los átomos que dan lugar a la materia que vemos), solo con la gravedad.
Todo lo que rodea a la energía oscura es, valga la redundancia, oscuro. Y es que la energía “convencional” contenida en la materia que conocemos se diluye en el espacio. Es de lógica. Si aumentas el espacio en el que está contenida la energía, cada vez estará más diluida. Habrá menos energía por unidad de espacio.
La energía oscura no se comporta así. No se diluye en el espacio. Cuanto más grande se hace el Universo, más energía oscura hay. De ahí que está ganando a la gravedad. Parte con ventaja desde el primer instante. Por eso, teniendo en cuenta que cada vez hay más espacio-tiempo, la energía oscura irá dominando cada vez más.
En resumen, la energía oscura es aquella que impregna el 73% del Universo y que, además de que no viene generada por ninguna de las partículas que conocemos, no se diluye en el espacio. Cuanto más crece el Universo, más energía oscura hay. No sabemos qué es ni cuál es su naturaleza, solo que es el motor de la expansión acelerada del Cosmos y que ganó la batalla a la gravedad hace ya 7.000 millones de años, dominando cada vez más.
¿La energía oscura provocará el fin del Universo?
Sigue habiendo mucho debate acerca de este tema. Y hasta que no descifremos más misterios sobre la naturaleza de la energía oscura, todo serán hipótesis. Aun así, hay algunas teorías que apuntan que, en efecto, la energía oscura determinará, de una forma u otra, el fin del Universo.
La Teoría del Big Rip nos dice que el hecho de que está provocando una expansión acelerada y haciendo que las galaxias cada vez estén más separadas las unas de las otras, podría hacer que la energía oscura destruyera el Universo.
De acuerdo a estas hipótesis, dentro de unos 20.000 millones de años, el Universo será tan grande y la materia bariónica estará tan diluida, que la gravedad no podrá mantener al Universo unido. La energía oscura le habrá ganado tanto la batalla que, al llegar al punto crítico, provocará el desgarro del Cosmos. La materia perderá la cohesión gravitatoria y todo se desintegrará.
Aun así, lo cierto es que algunos físicos afirman que la energía oscura solo tiene efectos notorios en lo que a separación de galaxias se refiere. Es decir, sí que llegará un momento en el que las galaxias estarán tan separadas las unas de las otras que será como si cada una de ellas estuviera sola en el Universo.
Pero dentro de la galaxia en cuestión, la gravedad seguiría ganando a la energía oscura, pues la cohesión gravitatoria estelar se encargará de mantener unidos a todos los elementos. Por lo tanto, la energía oscura no podría provocar el desgarro de la materia. Simplemente, las estrellas se irían apagando hasta que, dentro de más de 100 millones de millones de años, no quedara ninguna estrella viva en el Universo.Sea como sea, lo que está claro es que la energía oscura ha determinado, determina y determinará la historia de nuestro Universo. El 73% de todo lo que impregna el Cosmos está en forma de una energía que no sabemos de dónde procede, que no interacciona con nosotros, que hace que las galaxias se separen cada vez más, que lucha contra la gravedad (ganándole la batalla) y que es el motor de la expansión acelerada del Universo. Más allá de esto, todo sigue oscuro, a la espera de que alguna mente sea capaz de arrojar luz sobre ella.
¿Qué es la antimateria?
El Universo es un lugar asombroso y lleno de misterios. Cuantas más preguntas respondemos acerca de su naturaleza, más aparecen. Y uno de los hechos totalmente comprobados que más nos hacen estallar la cabeza es que la materia bariónica, es decir, aquella constituida por átomos formados por los protones, neutrones y electrones que conocemos, representa solo el 4% del Cosmos.
Es decir, la materia que podemos ver, percibir y medir, desde la que constituye las estrellas hasta la que se agrega para formar nuestros cuerpos, conforma solo el 4% del Universo. ¿Y el 96% restante? ¿Dónde está? Pues aquí llegan las cosas increíbles y, a la vez, misteriosas.
Y es que además de este 4% de materia bariónica, tenemos un 72% de energía oscura (una forma de energía contraria a la gravedad pero que no podemos medir ni percibir directamente, pero sí ver sus efectos en lo que a expansión acelerada del Cosmos se refiere), un 28% de materia oscura (tiene masa y, por lo tanto, genera gravedad, pero no emite radiación electromagnética, por lo que no podemos percibirla) y, por último, un 1% de antimateria.
En el artículo de hoy nos centraremos en esta última. La antimateria es el tipo de materia compuesta por antipartículas. Y aunque suene muy exótico, raro y peligroso, como veremos hoy, no tiene nada de esto. Ya no solo es que sea perfectamente normal, sino que puede tener, en un futuro, asombrosas aplicaciones en Medicina e incluso en los viajes interestelares. Prepárate para que te estalle la cabeza.
Antes de empezar, hay que dejar muy clara una cosa. A pesar de que puedan parecer similares, la antimateria no es sinónimo de materia oscura. Son cosas totalmente diferentes. No tienen, en absoluto, nada que ver. Más que nada porque la antimateria cumple con la propiedad de la materia “normal” de emitir radiación electromagnética (por lo que la podemos percibir), mientras que la materia oscura, no.
Habiendo recalcado esto, podemos empezar. Como bien sabemos, la materia bariónica (de la que estamos hechos nosotros, las plantas, las piedras, las estrellas…) está formada por átomos, un nivel de organización de la materia compuesto por partículas subatómicas.
Antes de empezar, hay que dejar muy clara una cosa. A pesar de que puedan parecer similares, la antimateria no es sinónimo de materia oscura. Son cosas totalmente diferentes. No tienen, en absoluto, nada que ver. Más que nada porque la antimateria cumple con la propiedad de la materia “normal” de emitir radiación electromagnética (por lo que la podemos percibir), mientras que la materia oscura, no.
Habiendo recalcado esto, podemos empezar. Como bien sabemos, la materia bariónica (de la que estamos hechos nosotros, las plantas, las piedras, las estrellas…) está formada por átomos, un nivel de organización de la materia compuesto por partículas subatómicas.En el caso de nuestra materia bariónica, estas partículas que conforman los átomos, que son el pilar básico de la materia, son los protones (partículas de carga eléctrica positiva que se localizan en el núcleo), los neutrones (partículas sin carga eléctrica que también se localizan en el núcleo) y electrones (partículas de carga eléctrica negativa que orbitan alrededor de este núcleo). Hasta aquí, todo normal.
Pues bien, la antimateria consiste en revertir la carga de la materia. Nos explicamos. La antimateria es aquella que está compuesta por antiátomos, los cuales son básicamente átomos compuestos por antipartículas. En este sentido, técnicamente es un error considerarla como un tipo de materia. No lo es. La antimateria es antimateria. Nos explicamos otra vez.
Los antiátomos son el pilar de la antimateria (igual que los átomos son el pilar de la materia bariónica) y tienen la particularidad de estar constituidos por antipartículas, las cuales son el antiprotón, el antineutrón y el antielectrón. ¿Se ha entendido? Seguramente no, pero ahora lo veremos mejor.La antimateria es exactamente igual que la materia bariónica, lo único que las partículas de las que está formada tienen la carga eléctrica inversa. En este sentido, los antiprotones son exactamente iguales a los protones (misma masa, mismo tamaño, mismas interacciones…) pero con carga eléctrica negativo; mientras que con los antielectrones (conocidos aquí como positrones), lo mismo, son iguales que los electrones de la materia bariónica pero con carga positiva.Como vemos, la antimateria es igual que la materia pero está constituida por antipartículas subatómicas, lo que implica que su núcleo tiene carga negativa y los electrones que orbitan a su alrededor, carga positiva. Todo lo demás es exactamente igual.
Esta contrariedad hace que la antimateria y la materia, cuando están en contacto, se aniquilen, liberando energía en (seguramente) el único proceso energético con un 100% de eficacia. Toda la energía presente en sus partículas (y antipartículas) se libera. Y esto, lejos de ser peligroso, abre la puerta a asombrosas aplicaciones que comentaremos más adelante.
En resumen, la antimateria, descubierta en 1932 (e hipotetizada a principios de siglo) es aquella que conforma el 1% del Universo y que está formada por antiátomos, los cuales están constituidos, a su vez, por las antipartículas antiprotón, antineutrón y positrón (o antielectrón), iguales a las partículas de la materia bariónica pero con carga eléctrica contraria.
¿Dónde está la antimateria?
Muy buena pregunta. No lo sabemos exactamente. Al menos, no entendemos cómo puede existir de forma natural en el Universo, pues como ya hemos dicho, una antipartícula y una partícula, cuando entran en contacto, se aniquilan provocando la liberación de energía. Pero para intentar dar respuesta a esto, tenemos que viajar un poco en el pasado. Nada, solo un poco. Hasta el momento exacto del Big Bang, hace ahora 13.800 millones de años.
En el momento del nacimiento del Universo, sabemos que, en el Big Bang, por cada partícula de materia bariónica que se “creó”, se “creó” también una partícula de antimateria. Es decir, justo después del Big, por cada protón que había en el Cosmos, había un antiprotón. Y por cada electrón, un positrón.
Por lo tanto, cuando el Universo se formó, la proporción de materia-antimateria era la misma. Pero, ¿qué pasó? Bueno, pues que conforme pasó el tiempo, debido a las interacciones de aniquilación entre ellas, la simetría se rompió y la materia ganó la batalla. Por lo tanto, en este duelo, ganó la materia bariónicaDe ahí que, de acuerdo a las estimaciones, constituya “solo” el 1% del Universo. Algunas teorías apuntan a que las estrellas del Cosmos estarían compuestas, en realidad, por antiátomos. Aun así, esta teoría no se sostiene demasiado, pues sus antipartículas se aniquilarían en contacto con el resto de partículas del Universo.
De todos modos, pese a que no sabemos exactamente su naturaleza u origen, sí que sabemos dónde encontrarla. Y no hay que irse demasiado lejos. Aquí mismo en la Tierra hay antimateria o, siendo más precisos, antipartículas. Y es que no da tiempo a que lleguen a formarse antiátomos, pues son aniquilados al poco tiempo. De lo contrario, podrían formarse antielementos (como el antihidrógeno y cualquiera de los otros de la tabla periódica), antimoléculas, anticélulas, antipiedras, antimundos, antiestrellas e incluso antihumanos. Pero volvamos a la realidad.
Aunque sea de forma puntual, en la Tierra pueden aparecer antipartículas. ¿Cómo? Bueno, de distintas maneras. Los rayos cósmicos que proceden, por ejemplo, de las supernovas, pueden “transportar” antipartículas (pero están destinadas a desaparecer en cuanto interactúen con una partícula de materia bariónica).
También podemos encontrar antipartículas en procesos de radiactividad (hay distintos elementos radiactivos que son una fuente natural de antipartículas) o, lo que es más interesante de todo, en los aceleradores de partículas.
En efecto, en el Gran Colisionador de Hadrones estamos “produciendo” antipartículas al hacer colisionar protones entre sí a velocidades cercanas a la de la luz para descomponerlos en, entre otras cosas, antiprotones. Y aquí, como veremos, está el secreto de sus potenciales aplicaciones.
En resumen, no sabemos dónde existe la antimateria (ni siquiera estamos seguros de que exista de forma natural), pero sí sabemos que hay fuentes naturales de antipartículas. Es decir, no estamos seguros de que existan antiátomos, pero sí de que hay antipartículas que, como veremos ahora, podemos utilizar.
¿Qué aplicaciones puede tener la antimateria?
Llegamos a la parte más interesante. Y aunque por su nombre, la antimateria parece algo tremendamente exótico y propio de la ciencia ficción, lo cierto es que puede tener aplicaciones asombrosas en nuestra sociedad.
Todo está en estudio, pero tiene un enorme potencial. Empezando por el mundo de la Medicina. Y es que se está estudiando la posibilidad de utilizar haces de positrones en lo que se conoce como “tomografía por emisión de positrones”. Con ella, estaríamos “bombardeando” positrones a nuestro cuerpo para obtener imágenes de su interior. Por muy peligroso que suene, nada más lejos de la realidad. La calidad de las imágenes sería mucho mayor y los riesgos serían mucho menores que los de la tradicional con rayos X.
Incluso se está estudiando la posibilidad de utilizar haces de antiprotones para tratar el cáncer. De hecho, la protonterapia es una forma de tratamiento (especialmente para cánceres en el sistema nervioso y en niños que no pueden someterse a otras terapias) en la que generamos un haz muy preciso de protones para destruir a las células cancerosas, minimizando así los daños en los tejidos sanos. En este contexto, los resultados preliminares de usar antiprotones en lugar de protones indican que, en efecto, serían más efectivos para destruir células cancerosas sin hacer prácticamente daño a nuestro cuerpo. La antimateria, pues, podría cambiar enormemente el mundo de la Medicin
Y aún podemos ir más allá. Y es que como sabemos que el contacto de materia con antimateria es el proceso energéticamente más efectivo que existe, se cree que nos permitirá los viajes interestelares. Y es que mientras que de la energía nuclear se consiguen 80.000 millones de julios (la unidad estándar de energía) por gramo, de la antimateria conseguiríamos 90 millones de millones de julios por gramo.
Con muy poca antimateria tendríamos energía para sustentar cualquier máquina durante muchísimo tiempo. Y no solo es la fuente de energía más eficaz, sino que también es la más limpia. El 100% de la aniquilación antimateria-materia se convierte en energía, no hay ningún residuo.
Entonces, ¿por qué no se está utilizando ya en todo el mundo si pondría fin no solo a los problemas de energía, sino también a la contaminación? Porque, por desgracia, producirla es increíblemente caro. Hasta que no encontremos un modo de hacer más eficiente su producción, es simplemente inviable su fabricación.
Y es que aunque puede producirse en los aceleradores de partículas, esto sucede a una escala tan pequeña que se cree que, para conseguir un gramo de antimateria pura, el coste de producción sería de más de 62.000 millones de dólares. Es decir, ahora mismo, un gramo de antimateria cuesta 62 mil millones de dólares.Ojalá en un futuro consigamos descifrar los secretos de la antimateria y encontremos el modo de producirla de forma eficiente, pues no solo salvaría millones de vidas en lo que a sus aplicaciones en el mundo de la Medicina se refiere, sino que nos abriría las puertas a los viajes interestelares. En resolver los misterios de la antimateria radica el siguiente paso de la humanidad.
Constelaciones, mitología y pseudociencia
Una constelación es, a grandes rasgos, una agrupación de estrellas que, vistas desde la superficie terrestre y formando parte del firmamento en el cielo nocturno, pueden unirse entre ellas a través de líneas imaginarias y cuyo resultado final remite a una figura, ya sea un animal, una persona o un objeto.
En este sentido, los astrónomos de las civilizaciones antiguas (Mesopotamia, China, Grecia…) eran astrólogos que creían que en estas constelaciones, es decir, en los dibujos que iban posicionándose en el cielo nocturno, estaba la clave para entender y predecir eventos naturales.
Una constelación es, a grandes rasgos, una agrupación de estrellas que, vistas desde la superficie terrestre y formando parte del firmamento en el cielo nocturno, pueden unirse entre ellas a través de líneas imaginarias y cuyo resultado final remite a una figura, ya sea un animal, una persona o un objeto.
En este sentido, los astrónomos de las civilizaciones antiguas (Mesopotamia, China, Grecia…) eran astrólogos que creían que en estas constelaciones, es decir, en los dibujos que iban posicionándose en el cielo nocturno, estaba la clave para entender y predecir eventos naturales.
Por ello, pese a que el concepto de constelación apele indudablemente a la pseudociencia, entender qué son las constelaciones y por qué los “dibujos” en el cielo se han mantenido intactos (o eso parece) desde la antigüedad es muy interesante desde el punto de vista científico.
Y es que, además, las 88 constelaciones que reconocemos en la actualidad (muchas otras se habrán elaborado en distintas civilizaciones, pero se han perdido a lo largo de la historia) están reconocidas oficialmente desde el año 1928 por la Unión Astronómica Internacional, pues no solo son una muestra del legado histórico de la humanidad, sino que son útiles en tareas de Astronomía para ubicar cuerpos celestes en el firmamento. Actualmente, lejos de apelar a la pseudociencia, conforman el mapa astronómico de nuestro cielo
Desde nuestro origen como especie, los seres humanos hemos alzado la vista hacia el cielo nocturno y nos hemos sentido abrumados por su belleza, inmensidad y misterio. Ahora sabemos perfectamente que esas puntos brillantes en el firmamento son esferas inmensas de plasma situadas a cientos (o miles) de años luz.
Pero esto, evidentemente, no siempre ha sido así. El conocimiento sobre las estrellas y el Universo en general es algo relativamente muy reciente. Por ello, las civilizaciones antiguas, que querían encontrar el sentido a ese lienzo de pequeños puntos, recurrieron a la mitología.
Entre las distintas agrupaciones de estrellas, las civilizaciones griegas, chinas, mesopotámicas, hindúes, incas, precolombianas, etc, encontraron formas ocultas que apelaban a seres vivos o deidades, constituyendo lo que conocemos como constelación.
Estas constelaciones siguen siendo útiles a día de hoy y, sin duda, nos muestran hasta dónde fueron capaces de llegar los humanos para darle un sentido a lo que veían en el cielo nocturno. Por ello, en el día de hoy, además de entender la ciencia detrás de las constelaciones, veremos qué tipos existen.
Constelaciones, mitología y pseudociencia
Una constelación es, a grandes rasgos, una agrupación de estrellas que, vistas desde la superficie terrestre y formando parte del firmamento en el cielo nocturno, pueden unirse entre ellas a través de líneas imaginarias y cuyo resultado final remite a una figura, ya sea un animal, una persona o un objeto.
En este sentido, los astrónomos de las civilizaciones antiguas (Mesopotamia, China, Grecia…) eran astrólogos que creían que en estas constelaciones, es decir, en los dibujos que iban posicionándose en el cielo nocturno, estaba la clave para entender y predecir eventos naturales.
Por ello, pese a que el concepto de constelación apele indudablemente a la pseudociencia, entender qué son las constelaciones y por qué los “dibujos” en el cielo se han mantenido intactos (o eso parece) desde la antigüedad es muy interesante desde el punto de vista científico.
Y es que, además, las 88 constelaciones que reconocemos en la actualidad (muchas otras se habrán elaborado en distintas civilizaciones, pero se han perdido a lo largo de la historia) están reconocidas oficialmente desde el año 1928 por la Unión Astronómica Internacional, pues no solo son una muestra del legado histórico de la humanidad, sino que son útiles en tareas de Astronomía para ubicar cuerpos celestes en el firmamento. Actualmente, lejos de apelar a la pseudociencia, conforman el mapa astronómico de nuestro cielo.
¿Por qué vemos constelaciones en el cielo?
Habiendo entendido qué es una constelación y su importancia en las civilizaciones antiguas, ahora es importante comprender la ciencia detrás de ellas. Y es que, dejando a un lado cuestiones mitológicas, que aparezcan formas en el cielo nocturno tiene, evidentemente, una explicación científica.Nuestra Tierra es un planeta más dentro de la Vía Láctea, una galaxia con forma de espiral y un diámetro de 52.850 años luz. Esto significa que, si fuéramos capaces de viajar a la velocidad de la luz (que ni lo somos ni lo seremos jamás) tardaríamos todos estos años en recorrerla de una punta a otra.
Ahora bien, lo importante es que como galaxia que es, la Vía Láctea “no es más” que una región en el espacio en la que miles de millones de estrellas (y toda la materia y cuerpos celestes que orbitan alrededor de estas) giran alrededor de un centro de gravedad situado en el corazón de la galaxia, es decir, en su núcleo. Un centro de gravedad que, por cierto, suele ser debido a la presencia de un agujero negro hipermasivo.
En el caso de la Vía Láctea, que es lo que nos importa, pues en el cielo nocturno solo vemos las estrellas de nuestra galaxia (y en el Universo habría 2 millones de millones de galaxia más), hay, aproximadamente, 100.000 millones de estrellas, aunque las últimas investigaciones apuntan a que, en realidad, podrían haber 400.000 millones.
Sea como sea, lo importante es que nuestro Sol es solo una más de varios cientos de miles de millones de estrellas más en nuestra galaxia. Y pese a este increíble número, teniendo en cuenta la inmensidad de la galaxia, hay suficiente espacio como para que las estrellas estén a varios años luz de distancia entre ellas.
De hecho, Alfa Centauri, la estrella más cercana al Sol, está a 4,37 años luz de nosotros. Las distancias entre estrellas más cercanas varían mucho, pero podemos considerar que este es un valor promedio.
Pero, ¿qué tiene que ver esto con las constelaciones? Ahora llegamos a eso. Y es que, como vemos, compartimos un espacio tridimensional (la galaxia) con estrellas que pueden estar “muy cerca” como Alfa Centauri, a poco más de 4 años luz, pero también con otras increíblemente lejanas, como UY Scuti, la estrella más grande de la Vía Láctea, a 9.500 años luz.Por lo tanto, esta distribución tridimensional de estrellas que están increíblemente lejos (pero son tan grandes que son perceptibles) se plasma, desde nuestra perspectiva, en una imagen bidimensional, en las que todas las estrellas parecen estar en el mismo plano.
Evidentemente, no lo están. Y estrellas de una misma constelación ya no es que estén a varios años luz, sino que conforman, en realidad, una estructura tridimensional. Ahora bien, es cierto que, desde la Tierra, las más cercanas y/o masivas, pueden percibirse como puntos brillantes (la luz que vemos salió de la estrella hace cientos de años) que, dadas las distancias, percibimos como un lienzo bidimensional. Y ahí es cuando podemos formar líneas imaginarias.
¿Por qué las constelaciones parecen no moverse?
Después de entender por qué las estrellas se agrupan, desde nuestra perspectiva, en grupos con los que más tarde creamos constelaciones, surge inevitablemente una pregunta: si la Tierra se mueve alrededor del Sol, si el Sol se mueve alrededor de la galaxia y todas las estrellas también lo hacen, ¿por qué las constelaciones no cambian?
Bueno, porque técnicamente sí que lo hacen, pero a una escala imperceptible para nuestros ojos. El lienzo de las constelaciones va cambiando a lo largo del año porque, en efecto, la Tierra se mueve alrededor del Sol. Por ello, dependiendo de la estación, estaremos enfocando a una porción del cielo nocturno o a otra, por lo que vemos unas constelaciones concretas.
Hasta aquí, todo tiene sentido, pero, si vamos alterando nuestra posición tridimensional moviéndonos alrededor de la galaxia y las otras estrellas de la Vía Láctea hacen lo mismo, ¿cómo es posible que, desde la antigüedad, veamos las estrellas en el mismo sitio?
Esto todavía sorprende más si tenemos en cuenta que el Sol se mueve alrededor del centro de la Vía Láctea a una velocidad de 251 kilómetros por segundo y que el resto de estrellas, aunque varía en función de muchos parámetros, tienen velocidades de rotación galáctica similares.
Las estrellas (el Sol incluido) cambian su posición en la galaxia. Por lo tanto, indudablemente las constelaciones cambian, pues todas las estrellas se mueven en distintas direcciones en el espacio tridimensional. De hecho, teniendo en cuenta la inmensidad de la galaxia, el Sol tarda 200 millones de años en completar una vuelta.
Si parecen no cambiar es porque, en términos astronómicos, desde que las primeras civilizaciones dibujaran las constelaciones, esto es apenas un suspiro. Desde ese momento (las primeras constelaciones se describieron hace 6.000 años), las estrellas del firmamento (el Sol incluido) se han movido, todas, unos 6 años luz respecto al momento de dibujarlas. Puede parecer mucho, pero si tenemos en cuenta que las distancias entre estrellas suelen ser de miles de años luz, las diferencias, al menos desde nuestra perspectiva, son imperceptibles.
Si esperáramos millones de años, claro que las constelaciones serían totalmente diferentes. Siempre están cambiando porque nosotros giramos alrededor de la galaxia y el resto de estrellas también; simplemente que en el tiempo que llevamos observando las estrellas es, por mucho que para nosotros sea toda nuestra historia, un abrir y cerrar de ojos para el Universo.
¿Cómo se clasifican las constelaciones?
Como venimos diciendo, cada civilización ha creado sus propias constelaciones, pues ha visto unas formas determinadas en el cielo nocturno. Sea como sea, actualmente se reconocen de forma oficial 88 constelaciones (12 de las cuales son las del zodíaco), las cuales sirven especialmente como afición para identificarlas en el cielo nocturno, aunque en Astronomía se utilizan también para designar la posición de cuerpos celestes.
La más grande de ellas es Hidra, una agrupación de 238 estrellas que cubre el 3% del cielo nocturno. Esta y las otras pueden clasificarse dependiendo de la posición en el cielo y de la época del año en que pueden observarse. Veamos, pues, los diferentes tipos de constelaciones.
1. Constelaciones boreales
Las constelaciones boreales son aquellas que pueden verse solo en el hemisferio Norte de la Tierra. Ejemplos de estas son la Osa Mayor, la Osa Menor (que alberga la estrella polar, alfa Ursae Minoris, la cual nos indica el norte, aunque como cualquier estrella se mueve), Tauro, Orion, Géminis, Virgo, Cancer, Aries, Piscis, Serpiente, etc.
2. Constelaciones australes
Las constelaciones australes son aquellas que pueden verse solo en el hemisferio Sur de la Tierra. Ejemplos de estas son la anteriormente mencionada Hidra, Libra, Centauro, Acuario, Capricornio, Escorpio, etc.
3. Constelaciones de invierno
Es en los meses de invierno cuando hay más constelaciones para observar. Durante esta estación, la franja de la Vía Láctea con más estrellas queda en lo más alto del cielo nocturno y podemos ver constelaciones como Géminis, Liebre, Orión, Cáncer, etc.
4. Constelaciones de primavera
Son las constelaciones que pueden observarse durante los meses de primavera y tenemos, por ejemplo, las de el León, Hidra, Virgo, Boyero, etc.
5. Constelaciones de verano
Durante los meses de verano podemos observar constelaciones como la de Hércules, Corona Boreal, la Flecha, el Águila o el Cisne.
6. Constelaciones de otoño
En contraposición al invierno, la Tierra no está enfocada hacia el centro de la Vía Láctea, por lo que se observan menos estrellas en el cielo nocturno. Las constelaciones de la estación de otoño son Aries, Pegaso, Andrómeda (no confundir con la galaxia de mismo nombre), Perseo, Pegaso, etc.
¿que son las galaxias?
Una galaxia es una estructura astronómica que agrupa conjuntos de estrellas (en sus respectivos sistemas solares) y materia interestelar como gases, campos de asteroides, etc., en un mismo sistema astronómico más o menos definido. Es decir, que la galaxia es un conjunto de estrellas y sistemas planetarios que orbitan en torno a un centro o eje definido.
Nuestro sistema planetario forma parte de una galaxia que llamamos “Vía láctea”. Está ubicado en una de sus regiones exteriores y alejadas del centro.
Su nombre proviene de la antigua cultura ya que los observadores del cielo nocturno en aquel entonces supusieron que esa enorme mancha blanca que surca el firmamento eran restos de la leche materna derramada por la diosa Hera cuando amamantaba al mítico Heracles (Hércules).
Las galaxias son estructuras inmensas, como se comprenderá, que varían enormemente en forma, tamaño y composición, pero que están entre los objetos más brillantes observables con ayuda de telescopios especializados.
Se estima que las galaxias están compuestas en un 90% de materia oscura aunque no se comprobó la existencia de esta última. Aunque poseen formas distintas de organización, en su gran mayoría las galaxias son discos planos de materia en
Galileo Galilei descubrió en 1610 que la Vía láctea está hecha de millares de pequeñas estrellas. Ese fue un paso importantísimo en la comprensión humana de las estructuras celestes, especialmente las más grandes que nuestro sistema solar
Sin embargo, la comprensión formal de la existencia de una galaxia no era reconocida hasta finales del siglo XVIII. Recién a finales del siglo XIX William Parsons construyó un telescopio que permitió la primera observación de galaxias. Hasta ese momento se llamaban simplemente “nebulosas.
¿Cómo se forman las galaxias?
Las galaxias se formaron de la misma manera que el resto de las estrellas y objetos astronómicos, y se han encontrado rastros de galaxias tan antiguas que habrían surgido apenas a 750 millones de años del bing bang (hablamos de la galaxia IOK-1).
El mecanismo exacto de formación de estos sistemas galácticos no está claro, pero existen dos aproximaciones posibles desde múltiples teorías propuestas:
- Las que van de abajo a arriba, es decir, que suponen que primero surgieron cúmulos y pequeñas aglomeraciones de estrellas que poco a poco fueron organizándose a modo de sistema.
- Las de arriba abajo, que por el contrario suponen que inicialmente se formaron protogalaxias, como fruto de un colapso a gran escala durante cien mil millones de años.
Las estructuras clave y hoy reconocibles de las galaxias aparecieron luego de miles de millones de años de evolución y formación. Fueron afectadas por atracciones mutuas y eventuales colisiones, fruto de las cuales muchas galaxias se fusionaron o fueron absorbidas por otras de mayor tamaño.
https://youtu.be/vFMpc3nmCRQ
https://youtu.be/sJRaBL4-JDw
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
https://wwwesa.int/kius/es/Aprende/nuestro_universo
medicoplus.com/ciencia/universo
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