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¿Dónde ocurrió el Big Bang?

¿Hay alguna dirección, punto o lugar del Universo desde donde este provenga?, ¿dónde ocurrió?… ahora lo descubriremos, primero vamos a explicar qué es el Big Bang.

El Universo en su momento inicial estaba lleno de una energía y temperaturas infinitas. Se expandió y se enfrió, experimentando cambios de fase espectaculares. No fue una “gran explosión” como se suele decir, simplemente ocurrió un cambio de estado y comenzó la expansión del Universo. Por qué comenzó o que dio lugar a ese inicio sigue siendo un misterio para la astrofísica, lo que sí sabemos es lo que ocurrió después:

  • 10-35 segundos tras el cambio se fase el Universo se expande de forma exponencial durante un período llamado inflación cósmica. En ese momento nació el espacio.
  • Al terminar la inflación, los componentes materiales del Universo quedaron en la forma de un plasma de quarks-gluones, en donde todas las partes que lo formaban estaban en movimiento en forma relativista. Con el crecimiento en tamaño del Universo, la temperatura descendió, y debido a un cambio aún desconocido denominado bariogénesis, los quarks y los gluones se combinaron en bariones tales como el protón y el neutrón, produciendo la asimetría observada actualmente entre la materia y la antimateria. Las temperaturas más bajas condujeron a nuevos cambios de fase, que rompieron la simetría, así que les dieron su forma actual a las fuerzas fundamentales de la física y a las partículas elementales.
  • Tras esto, protones y neutrones se combinaron para formar  formas más complejas como los núcleos de deuterio y de helio, en un proceso llamado nucleosíntesis primordial. Al enfriarse el Universo, la materia gradualmente dejó de moverse de forma relativista y su densidad de energía comenzó a dominar gravitacionalmente sobre la radiación. Pasados 300.000 años, los electrones y los núcleos se combinaron para formar los átomos (mayoritariamente de hidrógeno). Por eso, la radiación se desacopló de los átomos y continuó por el espacio prácticamente sin obstáculos. Ésta es la radiación de fondo de microondas.

Al pasar el tiempo, algunas regiones más densas crecieron gravitacionalmente, haciéndose aún más densas, formando nubes, estrellas y galaxias. Los detalles de este proceso dependen de la cantidad y tipo de materia que hay en el Universo. El Universo tiene estos porcentajes: 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura.

Planck_history_of_UniversePulsar sobre la imagen para ver mejor los detalles, imagen de: http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_history_of_Universe

Pero…¿Dónde ocurrió el Big Bang? Hemos descrito bastante resumidamente el Big Bang, pero ahora nos hacemos la gran pregunta, donde ocurrió, hay alguna dirección privilegiada en el Universo, algún punto desde donde viene, sabemos que todo se expande pero… desde que punto. La respuesta a estas preguntas es la siguiente:

  • El Big Bang no ocurrió en ningún punto en el espacio, ocurrió en un punto en el tiempo (hace 13.800 millones de años), por tanto no hay un centro del Universo. En todos los puntos del espacio en el que nos encontremos sí observamos las galaxias que nos rodean vemos que se alejan siempre desde donde lo observemos. Por tanto podemos decir que somos el centro del Universo observable, todo se aleja desde nuestro punto de observación, pero si por ejemplo se pudiera llegar a una de las galaxias que observo que se aleja y observar desde allí como se mueve el resto ocurriría que esa galaxia volvería a ser el centro del Universo observable, todo se alejaría de ella. Por tanto el Big Bang no tiene un punto de inicio tiene un punto en el tiempo.

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J0023+0307: la estrella que no debería existir

Astrónomos  del Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) han descubrieron una nueva estrella extremadamente pobre en metales y muy primitiva. Este objeto, que recibió la designación SDSS J0023 + 0307 se encuentra a 9.4 años luz de distancia y pertenece a una segunda generación de estrellas en el Universo, ​​es aparentemente una de las estrellas más pobres en metal conocida hasta la fecha. Las estrellas pobres en metales son objetos muy raros.

estrellas

En el halo de la galaxia hay algunas de las estrellas más antiguas conocidas. Con más del doble de edad que el Sol, son estrellas que al igual que los fósiles que ayudan a reconstruir la historia de la vida en nuestro planeta, nos pueden ayudar a aprender muchas claves de la evolución del cosmos.

La nueva estrella nació casi 9.000 millones de años antes que nuestra estrella, el Sol. Se cree que ninguno de esos objetos tan antiguos ha sobrevivido hasta el día de hoy, por tanto es una estrella que no debería existir… hundida bajo el peso de su propia gravedad y el rápido agotamiento de su combustible, explotaron en forma de supernovas y seguir el proceso de formación de estrellas.

Estas estrellas ya tienen masas más bajas, similares al Sol, y tienen elementos más pesados, como el carbono, que generalmente sirve como aglutinante de estrellas. En este caso, los autores del estudio se sorprendieron por la escasa cantidad de ese elemento encontrado en la estrella recién descubierta.   tiene una edad prácticamente similar a la del universo lo que plantea un autentico desafío para los modelos teóricos de la formación de estrellas de baja metalicidad. Es una estrella que bajo esa composición no debería existir, pero existe, y eso muestra que los modelos que reconstruyen la evolución del universo son muy mejorables.

El equipo del IAC ahora quiere continuar su investigación de estas estrellas del halo galáctico para reconstruir la historia cósmica. Tienen la intención de comenzar un proyecto con el Very Large Telescope (VLT) que tiene el Observatorio Europeo Austral (ESO) en el desierto de Atacama, en Chile. Allí tendrán un telescopio del tamaño adecuado y las herramientas necesarias para analizar los elementos químicos que componen la estrella.

Al igual que los buscadores de fósiles, los astrónomos continúan llenando espacios vacíos de la genealogía cósmica, que es, como la antropológica, una forma de saber un poco más acerca de quiénes somos. Y en el horizonte, la esperanza de encontrar una de esas estrellas primordiales, que nos lleve un poco más cerca del conocimiento de todo y que, como J0023 + 0307, ​​no debería existir.

Los astrónomos están interesados ​​en reponer esta pequeña lista de estrellas pobres en metales, ya que pueden ayudar a comprender mejor la historia de la evolución química del universo.

Para saber más:

Artículo del descubrimiento: J0023+0307: A MEGA METAL-POOR DWARF STAR FROM SDSS/BOSS

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Descubierto el agujero negro más antiguo

Hay mucho desconocimiento del universo más primitivo, la mayoría de los objetos celestes de esa época han desaparecido hace muchísimo tiempo, y los que todavía existen desde nuestra perspectiva en la galaxia están muy distantes. Es por eso que encontrar agujeros negros antiguos es tan importante ya que nos pueden desvelar cómo era el Universo en sus inicios. Un estudio de varios equipos de astrónomos acaba de descubrir del agujero negro supermasivo más antiguo hasta la fecha. Se formó solo 690 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía un 5 por ciento de su edad actual.

El objeto descubierto se denomina ULAS J1342 + 0928 y está ubicado a unos 13.100 millones de años luz de la Tierra. Estiman su masa en 800 millones de veces la del sol. Es muy grande pero no es el mayor descubierto, la galaxia M87 tiene un agujero negro supermasivo en su centro que pesa alrededor de 7 mil millones de veces más que el sol. Pero 800 millones de masas solares en el universo temprano es algo absolutamente inesperado.

Comprender cómo el agujero negro se hizo tan grande tan rápido podría ser vital para desvelar  los misterios de un momento crucial en la formación del Universo, la llamada época de reionización. Durante este tiempo, el hidrógeno neutro impidió que la luz viajara libremente en el universo. Después de esa etapa se formaron las estrellas e iniciaron la ionización. J1342 + 0928 nació en esta época, por lo que estudiarlo podría ayudarnos a comprender cómo ocurrió la reionización. El estudio señala que la mayor parte del hidrógeno alrededor de J1342 + 0928 parece tener carga neutra…

Para saber más:

¿Qué es un agujero negro?

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¿Qué es la materia oscura?

La materia oscura es una forma invisible de materia que compone la mayor parte de la masa del universo y forma su estructura subyacente. De echo en el Universo un 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura. La gravedad de la materia oscura permite que la materia normal en forma de gas y polvo formen estrellas y galaxias.

Los científicos calculan la masa de objetos grandes en el espacio estudiando su movimiento. Los astrónomos que examinaron galaxias espirales en la década de 1950 esperaban ver material en el centro moviéndose más rápido que en los bordes externos. En cambio, encontraron que las estrellas en ambas ubicaciones viajaban a la misma velocidad, lo que indica que las galaxias contenían más masa de la que se podía ver. Los estudios del gas dentro de las galaxias elípticas también indicaron la necesidad de más masa que la que se encuentra en los objetos visibles. Los cúmulos de galaxias se desintegrarían si la única masa que contenían fuera visible a las mediciones astronómicas convencionales.

Albert Einstein demostró que los objetos masivos en el universo se doblan y distorsionan la luz, lo que les permite ser utilizados como lentes. Al estudiar cómo la luz es distorsionada por los cúmulos de galaxias, los astrónomos han sido capaces de crear un mapa de la materia oscura en el universo. Todos estos métodos proporcionan una fuerte indicación de que la mayor parte de la materia en el universo es algo que aún no se ha visto. Por tanto aunque los astrónomos no pueden ver la materia oscura, sí pueden detectar su influencia mediante la observación de cómo la gravedad de galaxia masivas curvan y distorsiona la luz de las galaxias de fondo más distantes, un fenómeno conocido como lente gravitacional.

materia oscura hubbleEstas imagenes capturadas por el Hubble muestran el cúmulo de galaxias masivas Cl 0024 + 17 (ZwCl 0024 + 1652). A la izquierda en luz visible se observan arcos azules de aspecto extraño que aparecen entre las galaxias amarillentas. Estas son las imágenes magnificadas y distorsionadas de galaxias situadas muy por detrás de la agrupación. Su luz se dobla y amplificada por la inmensa gravedad de la agrupación en un proceso llamado lente gravitacional. A la derecha, un matiz azul se añade para indicar la ubicación de material invisible llamada materia oscura. Créditos: NASA, ESA, MJ Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins)

Aunque la materia oscura constituye la mayor parte de la materia del universo, solo representa aproximadamente una cuarta parte de la composición. El universo está dominado por la energía oscura.

Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse, los científicos pensaron que fruto de esa expansión se quedaría sin energía, disminuyendo la velocidad a medida que la gravedad atraía los objetos dentro de ella. Pero los estudios de supernovas distantes revelaron que el universo de hoy se está expandiendo más rápido de lo hacia en el pasado, no más lento, lo que indica que la expansión se está acelerando. Esto solo sería posible si el universo contiene suficiente energía para superar la gravedad: la energía oscura.

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Sondeando el Universo temprano

Desde que tenemos telescopios estamos sondeando y acercándonos cada vez más a observar el Universo temprano desde nuestra perspectiva de la galaxia. En este espectacular gráfico podemos ver cómo nos vamos acercando poco a poco a ese Universo con observaciones desde la Tierra y desde el espacio: (pulsar sobre la imagen para ver los detalles).

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Como podemos ver en el gráfico el telescopio espacial Hubble de la NASA ha llegado ya muy lejos en sus observaciones, ha roto el récord de distancia cósmica mediante la medición de la galaxia más lejana jamás vista en el universo. Esta galaxia muy brillante, llamada GN-z11,envió su luz hace 13,4 mil millones de años, sólo 400 millones de años después del Big Bang. GN-z11 se encuentra en la dirección de la constelación de la Osa Mayor.

Esta animación muestra la ubicación de la galaxia GN-Z11. El vídeo comienza en la Osa Mayor, a continuación, se acerca al campo Norte de galaxias, y termina con una imagen de la galaxia GN-z11.  Esta se muestra tal y como era hace 13,4 mil millones de años, cuando el universo tenía sólo el tres por ciento de su edad actual. Créditos: NASA, ESA y G. Bacon (STScI), P. Oesch (Universidad de Yale), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Universidad de Yale), y G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz).
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La combinación de imágenes del Hubble y Spitzer revela que  GN-z11 es 25 veces más pequeña que la Vía Láctea y que tiene sólo uno por ciento de la masa de nuestra galaxia. Sin embargo, la “recién nacida” GN-z11 está creciendo rápidamente, formando estrellas a una velocidad 20 veces mayor que nuestra galaxia en la actualidad.

El futuro es el telescopio espacial James Webb que nos permitirá detectar objetos aparecidos 200 millones de años después del Big Bang y que se prevé su lanzamiento para octubre de 2018.

webbFase de desarrollo del telescopio espacial James Webb.

telescopios y accesorios astronómicos

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Hubble rompe distancias cósmicas

El telescopio espacial Hubble de la NASA a llegado ya muy lejos en sus observaciones, ha roto el récord de distancia cósmica mediante la medición de la galaxia más lejana jamás vista en el universo. Esta galaxia muy brillante, llamada GN-z11,envió su luz hace 13,4 mil millones de años, sólo 400 millones de años después del Big Bang. GN-z11 se encuentra en la dirección de la constelación de la Osa Mayor.

Esta animación muestra la ubicación de la galaxia GN-Z11. El vídeo comienza en la Osa Mayor, a continuación, se acerca al campo Norte de galaxias, y termina con una imagen de la galaxia GN-z11.  Esta se muestra tal y como era hace 13,4 mil millones de años, cuando el universo tenía sólo el tres por ciento de su edad actual. Créditos: NASA, ESA y G. Bacon (STScI), P. Oesch (Universidad de Yale), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Universidad de Yale), y G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz).
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La combinación de imágenes del Hubble y Spitzer revela que  GN-z11 es 25 veces más pequeña que la Vía Láctea y que tiene sólo uno por ciento de la masa de nuestra galaxia. Sin embargo, la “recién nacida” GN-z11 está creciendo rápidamente, formando estrellas a una velocidad 20 veces mayor que nuestra galaxia en la actualidad.
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