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¿De qué está hecho el universo?

¿De dónde vino todo en el universo?


Imagen del cúmulo de galaxias Abell 2744 muestra ubicaciones de materia oscura. En esta imagen del cúmulo de galaxias Abell 2744, una superposición azul muestra la ubicación de la materia oscura, que constituye aproximadamente el 75% de la masa del cúmulo.(Imagen: © NASA / ESA / ESO / CXC, y D. Coe (STScI) / J. Merten (Heidelberg / Bologna))

El universo está lleno de miles de millones de galaxias y trillones de estrellas, junto con un número casi incontable de planetas, lunas, asteroides, cometas y nubes de polvo y gas, todos girando en la inmensidad del espacio.

Pero si nos acercamos, ¿cuáles son los componentes básicos de estos cuerpos celestes y de dónde provienen?

El hidrógeno es el elemento más común encontrado en el universo, seguido del helio, juntos, constituyen casi toda la materia ordinaria. Pero esto representa solo una pequeña porción del universo, alrededor del 5%. Todo lo demás está hecho de cosas que no se pueden ver y solo se pueden detectar indirectamente. La materia oscura.


Todo comenzó con un Big Bang, hace unos 13800 millones de años, cuando la materia ultracaliente y densamente compacta se expandió repentina y rápidamente en todas las direcciones a la vez. Milisegundos más tarde, el universo recién nacido era una gran masa de neutrones, protones, electrones, fotones y otras partículas subatómicas, que oscilaban a unos 100 mil millones de grados Kelvin, según la NASA. 

Cada fragmento de materia que compone todos los elementos conocidos en la tabla periódica, y cada objeto en el universo, desde agujeros negros hasta estrellas masivas y motas de polvo espacial, se creó durante el Big Bang.

Aproximadamente 100 segundos después del Big Bang, la temperatura bajó a mil millones de grados Kelvin. Aproximadamente 380000 años después, el universo se había enfriado lo suficiente como para que los protones y los neutrones se unieran y formaran litio, helio y el deuterio isótopo de hidrógeno, mientras que los electrones libres quedaron atrapados para formar átomos neutros. 

Debido a que había tantos protones en el universo primitivo, el hidrógeno, el elemento más ligero, con solo un protón y un neutrón, se convirtió en el elemento más abundante, constituyendo casi el 95% por ciento de los átomos del universo. Según la NASA, cerca del 5% de los átomos del universo son helio. Luego, unos 200 millones de años después del Big Bang, las primeras estrellas formaron y produjeron el resto de los elementos, que constituyen una fracción del 1% restante de toda la materia ordinaria en el universo.

Partículas invisibles:

Algo más fue creado durante el Big Bang: la materia oscura. Pero no podemos decir qué forma tomó, porque no hemos detectado esas partículas.

La materia oscura no se puede observar directamente, todavía, pero sus huellas digitales se conservan en la primera luz del universo, o la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB), como pequeñas fluctuaciones en la radiación. Los científicos propusieron por primera vez la existencia de materia oscura en la década de 1930, teorizando que la atracción invisible de la materia oscura debe ser lo que mantiene unidos los cúmulos de galaxias que se mueven rápidamente. Décadas más tarde, en la década de 1970, el astrónomo estadounidense Vera Rubin encontró más evidencia indirecta de materia oscura en las tasas de rotación de estrellas más rápidas de lo esperado.

Con base en los hallazgos de Rubin, los astrofísicos calcularon que la materia oscura, a pesar de que no se podía ver ni medir, debía constituir una porción significativa del universo. Pero hace unos 20 años, los científicos descubrieron que el universo contenía algo aún más extraño que la materia oscura, energía oscura, que se cree que es significativamente más abundante que la materia o la materia oscura.


Imagen del telescopio espacial Hubble
Capturado en 2014 por el Telescopio Espacial Hubble, esta imagen del universo en evolución se encuentra entre las imágenes más coloridas del espacio profundo de Hubble.
(Crédito de la imagen: NASA / ESA)

Una fuerza irresistible:

El descubrimiento de la energía oscura se produjo porque los científicos se preguntaban si había suficiente materia oscura en el universo como para provocar que la expansión saliera o invirtiera la dirección, haciendo que el universo se derrumbara sobre sí mismo. 

He aquí que, cuando un equipo de investigadores investigó esto a fines de la década de 1990, descubrieron que el universo no solo no se estaba derrumbando sobre sí mismo, sino que se estaba expandiendo hacia afuera a un ritmo cada vez más rápido. El grupo determinó que una fuerza desconocida, denominada energía oscura, estaba empujando contra el universo en el aparente vacío del espacio y acelerando su impulso. Los hallazgos de los científicos le valieron a los físicos Adam Riess, Brian Schmidt y Saul Perlmutter el Premio Nobel de Física en 2011.

Los modelos de la fuerza requerida para explicar la tasa de expansión acelerada del universo sugieren que la energía oscura debe representar entre el 70% y el 75% del universo. Mientras tanto, la materia oscura representa alrededor del 20% al 25%, mientras que la llamada materia ordinaria, las cosas que realmente podemos ver, representa menos del 5% del universo.

Teniendo en cuenta que la energía oscura constituye aproximadamente las tres cuartas partes del universo, entender que es posiblemente el mayor desafío que enfrentan los científicos hoy en día.

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