COSMOLOGIA Temas del Capítulo 10 HISTORIA LEY DE HUBBLE COSMOLOGÍA MODERNA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO EL UNIVERSO PRIMITIVO LA EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO Cosmología

Para crear una solución brillante se necesita de ideas nuevas y la mayor parte de ellas parecerán absolutamente estúpidas. S. Thorpe Cosmología

Introducción No sólo que hemos descubierto lo que sucedió al principio. Hemos dado dimensiones y hemos medido el tiempo de toda esta historia extraordinaria. Además, hemos sido capaces de pronosticar nuestro futuro cósmico. Cosmología

HISTORIA El origen del Universo es uno de los enigmas más grandes de la humanidad Sabemos que en un principio solo había un estado primitivo de elevada densidad y temperatura. La relatividad nos indica que debió haber, hace unos 13 mil millones de años un comienzo Este inicio se conoce como el Big Bang o el Gran Púm. Cosmología

Eudoxo y Aristóteles Eudoxo supuso que los planetas estaban sujetos a unas esferas con su centro en la Tierra. La idea de Eudoxo, era que cada esfera era independiente pero funcionaban como un conjunto. Esta hipótesis fue aceptada por Aristóteles, quien ideó un sistema planetario en su libro Sobre los cielos Cosmología

Aristarco Fue el primero en proponer la idea de que el Sol no se mueve y que es la Tierra la que gira alrededor del Sol, además alrededor de su eje. Esta afirmación le significó la acusación de impío. Desarrolló un método para medir las distancias de la Tierra al Sol y a la Luna, que son muy ingeniosas. Cosmología

Copérnico En 1513 Copérnico construyó una torre de observación a la cual le equipó El año siguiente hizo circular entre unos pocos amigos un escrito llamado: Comentario sobre las teorías de los movimientos de los objetos celestes a partir de sus disposiciones Por primera vez proponía una teoría astronómica en que la Tierra se mueve alrededor del Sol. Cosmología

Brahe Realizó enormes contribuciones al observar y medir metódicamente a los planetas Estudió leyes y filosofía en las universidades de Copenhague y Leipzig. Se estableció en el monasterio de Herrisvadd, era un apasionado de la astronomía, durante las noches Brahe se dedicaba a la observación de las estrellas Con instrumentos muy sencillos, una esfera y un compás, consiguió detectar graves errores en las tablas astronómicas de la época y se dispuso a corregirlos. Cosmología

Kepler A la muerte de Brahe Kepler asumió su cargo como matemático imperial y astrónomo En 1605 Kepler anunció su primera ley que establece que las órbitas de los planetas alrededor del Sol son elipses y que el Sol es uno de sus focos Luego su segunda ley que establece que los planetas viajan más lentamente cuando están mas lejos del Sol. Ambas leyes las publicó en su obra Astronomía Nova en 1609. Cosmología

Galileo Con el telescopio mejorado empieza a hacer observaciones de la Luna y encuentra que esta no es plana como se habían imaginado sino que tenía una serie de cráteres. Luego empieza a observar las estrellas y a elaborar mapas de estas en el cielo. Al observar Júpiter descubre las lunas que giran alrededor de este planeta y que son como un sistema solar pequeño, y que la hipótesis copernicana era sin duda la correcta. Cosmología

Newton Newton escribió que cuando vio una manzana caer y al mismo tiempo, miró la Luna razonó que sí la gravedad causa que la manzana caiga, debería también extenderse y alcanzar a la Luna haciéndola caer hacia la Tierra. Pero la velocidad de giro de la Luna alrededor de la Tierra hace que la Luna se mantenga en su órbita y que si la Luna gira alrededor de la Tierra, Entonces no se mueve en línea recta y por tanto debe existir una fuerza de gravedad actuando sobre ella que la mantiene girando. Cosmología

Los Grandes Telescopios Sir William Hershel descubrió con su telescopio el planeta Urano, muchas nebulosas y grupos de estrellas, estrellas binarias y describió la forma de la Vía Láctea George Hale inventó un aparato que le llamó espectro-helioscopio que era la combinación de un telescopio y un espectroscopio Hale fue el iniciador de lo que se llamó la astrofísica y en 1919 persuadió a Edwin P. Hubble para iniciar la exploración del Universo a gran escala. Cosmología

La Ley de Hubble Hubble realizó el descubrimiento más dramático del siglo XX que el Universo no es eterno ni invariable, que crece y evoluciona Con esto cambió radicalmente la visión del Universo. Hasta 1910 se creía que la Vía Láctea, es decir nuestra galaxia era todo lo que había En 1755 Kant sugirió que algunas nebulosas que aparecían en los telescopios debían ser otros universos islas. Cosmología

COSMOLOGÍA MODERNA Es el estudio del Universo a gran escala, su historia, sus propiedades y su estructura para conocer el origen, la evolución y los posibles escenarios del fin del Universo La cosmología trata sobre: el Big Bang, la historia del Universo primitivo, los agujeros negros y de gusanos, los modelos del Universo, la gravedad y el espacio-tiempo, la vida de las estrellas, el sistema planetario y nuestro origen y destino. Cosmología

El Big Bang El Big Bang se produjo hace aproximadamente trece mil millones años y duró cerca medio millón de años partiendo de una singularidad. Había una temperatura de trillones de trillones de grados, que se fue enfriando a medida que el Universo se expandía. Se generaban protones y anti-protones, es decir materia y anti-materia, que se aniquilaban liberando energía electromagnética en forma de fotones. Cosmología

Fundamentos Teóricos El desarrollo de la cosmología moderna se basa en los siguientes pilares: La teoría de la relatividad general Los modelos cosmológico La medición de la rapidez de expansión del Universo El estudio de los materiales que constituyen el Universo El descubrimiento y la comprensión de los fenómenos nucleares que tienen lugar en el interior de las estrellas. Cosmología

La Expansión Slipher fue el primero que midió la rapidez con que se alejaban las galaxias aprovechando del efecto Doppler Humason y Hubble extendieron estas medidas y apareció la llamada ley de Hubble Esta permitió establecer las distancias a las lejanas galaxias Se dedujo que el universo es homogéneo y se calculó la tasa de expansión, que se llama la constante de Hubble. Cosmología

La Inflación Es un período de rapidísimo crecimiento del Universo al principio del primer segundo y en otros momentos Va acompañado de una brutal disminución de la temperatura inicial. ¿Cómo se puede producir inflación en el vació? La explicación es que el vacío tiene energía y que esto produce una rápida inflación. Cosmología

La Radiación de Fondo Una de las predicciones del Big Bang es que debe existir una radiación que proviene de los distintos lugares del Universo Esta radiación fue predicha en 1948 por George Gamow y fue descubierta por Arno Penzias y Robert Wilson en 1965 Esta radiación tiene ahora una temperatura de 2.725 grados Kelvin sobre el cero absoluto. Mappa del cielo che mostra le variazioni di temperatura nella radiazione cosmica di fondo Cosmología

Ideas Equivocadas El Big Bang no se produjo en un sólo punto del espacio ni fue una explosión Fue la aparición de espacio en todos los puntos del Universo simultáneamente Si fuera el Universo un globo que se infla, el interior no es parte del Universo y no existe un centro donde todo comenzó El Universo abarca a todo el espacio-tiempo que conocemos No hay forma de explicar que fue lo que desató al Big Bang, hay varias especulaciones al respecto, pero ninguna permite hacer predicciones que puedan ser probadas. Cosmología

GEOMETRÍA DEL UNIVERSO Al observar el Universo vemos que en todas las direcciones el Universo se expande como si estuviéramos en el centro. Esto no es correcto, lo que sucede es que situados en cualquier galaxia, tendríamos la misma sensación. Una manera de visualizar esta situación es si inflamos un globo con puntos dibujados en el Los puntos del Universo se alejan unos de otros, ya que la superficie del globo crece al inflarse. Cosmología

Tipos de Materia Radiación: esta compuesta de partículas sin masa o con masa virtual que se mueven a la velocidad de la luz, Materia bariónica: es la materia ordinaria, Materia oscura: es una clase de materia no-bariónica que interacciona muy poco con la materia ordinaria. Energía oscura: esta es un tipo muy extraño de materia o puede ser una propiedad del vació cuántico. Cosmología

EL UNIVERSO PRIMITIVO Un segundo después estaba lleno de un mar de protones, neutrones, electrones, positrones, fotones y neutrinos. El Universo se enfriaba, los neutrones se convertían en protones y electrones o se combinaban con protones para producir núcleos de deuterio Durante los tres primeros minutos la mayor parte del deuterio se combinó para formar núcleos de helio. También se produjeron pequeñas cantidades de litio en un proceso que se llama núcleo-síntesis del Big Bang Cosmología

Nacimiento de las Estrellas Protón + Protón  Deuterio + Positrón + neutrino Dos protones chocan y forman un núcleo de deuterio, más un positrón más un neutrino. Deuterio + Protón  Helio-3 + fotón El deuterio choca con un protón y se produce helio 3, que es un isótopo del helio con dos protones y un neutrón, más un fotón de un rayo gamma de mucha energía. Helio-3 + Helio-3  Helio-4 + 2 Protones + fotón Dos núcleos de helio-3 chocan y forman un helio-4 más dos protones más otro fotón de un rayo gamma. Cosmología

Secuencia Principal de las Estrellas Una de las afirmaciones más atrevidas de la ciencia es afirmar que se sabe qué sucede en el interior de las estrellas, Tenemos un modelo bastante exacto de lo que sucede en el interior de las estrellas Durante la secuencia principal de la vida de las estrellas. Cosmología

La Muerte del Sol Al quemarse el hidrógeno, comienza el colapso de la estrella y esto incrementa las temperaturas El Sol es enorme, por tanto la temperatura de la superficie es menor, cambiando de color y convirtiéndose en una gigante roja, que quema el helio Cosmología

La Muerte del Sol La reacción del helio en el núcleo de la gigante roja es la siguiente: Helio-4 + Helio-4 + Helio-4  Carbono-12 + energía El Sol se reducir hasta llegar a convertirse en una enana blanca, con su núcleo de carbono Diagrma de Hertzsprung Russell Cosmología

La Astrofísica Eddington demostró que con la física se podía descubrir los secretos de las estrellas La gravedad quiere colapsar a la estrella y es compensada por las explosiones nucleares del centro. La cantidad de energía de una estrella se puede calcular del brillo aparente y de la distancia Solo existían tres destinos posibles para una estrella que se colapsa bajo la acción gravitatoria Una proto-estrella se queda como un globo frío, algo parecido a Saturno. Si es como el Sol, se convierte en una estrella incandescente. Si es mucho más grande que el Sol, se convierte en una supernova. SUPERNOVA Cosmología

La Muerte de las Supernovas En estas estrellas la gravedad es tan enorme que la combustión del carbono continúa con el oxígeno, magnesio, silicio y otros elementos pesados Al colapsar la estrella explota con una fuerza descomunal como si fuera un pequeño Big Bang En este proceso la temperatura de la estrella sube a niveles en que se forman todo el resto de elementos de la tabla periódica. Cosmología

Las Estrellas de Neutrones Las estrellas más grandes que el Sol tienen mayores temperaturas por lo que producen elementos más pesados como el oxígeno Si una estrella es 1.4 veces mayor que el Sol, los protones se combinan con los electrones y se convierten en neutrones, formando una estrella de neutrones. Que es en esencia un núcleo gigante pero increíblemente denso y que deforma enormemente el espacio Cada centímetro cúbico de neutrones pesan cerca de mil millones de toneladas. Cosmología

Los Agujeros Negros Si la masa de la estrella es 30 veces la masa del Sol, entonces no se forma una estrella de neutrones o pulsar Sino que se forma un agujero negro La relatividad predice la existencia de agujeros negros los agujeros negros pueden conectar nuestro Universo con otros. Cosmología

La Aceleración del Universo Por medio de las supernovas se pudo medir la velocidad de expansión del Universo en sus comienzos y ahora, Se descubrió que la velocidad actual es muy superior a las del pasado, Lo que sugiere algún tipo de fuerza anti-gravedad Einstein decidió añadirle un término para que pueda coincidir con un Universo estacionario, que se le conoció como la constante cosmológica. Cosmología

Las Grandes Incógnitas ¿Por qué existe el Universo? ¿Por qué existe algo en vez de nada?¿De donde salió esa enorme energía térmica del Big Bang?¿Qué o quiénes fueron los generadores del Universo? Para responder tenemos que remontarnos a la teoría cuántica, a la relatividad y a las cuerdas, El Universo comienza en realidad de la nada ya que la energía total del Universo puede ser cero. Cosmología

La Energía Negativa - Cuando nuestro Universo comenzó, la energía de la masa que se formó es igual a la energía negativa gravitatoria, ya que la energía total al principio fue cero. Esto significa también que en el espacio vacío puede surgir y surge energía de la nada, y que desaparece después. Todo comenzó con energía cero, luego cuando actúa el campo gravitatorio, este cede a las partículas energía para que adquieran energía cinética, de modo que el campo gravitatorio se queda con energía negativa. Cosmología

¿Qué son los Universos Paralelos? Son regiones del espacio y del tiempo que contiene materia, energía, galaxias, estrellas y planetas, incluso seres vivos. En otras palabras es un Universo muy similar al nuestro, incluso puede ser uno que sea exactamente igual al nuestro y contenga los mismos seres humanos que los que hay en la Tierra. G R A C I S Cosmología