Origen y evolución del universo

Trabajo Práctico de Física
Origen y Evolución del Universo
OBJETIVOS:
• Reconocer a la cosmología como de la astrofísica que analiza la Tierra y el Espacio.
• Conocer el origen del universo y sus distintas teorías sobre él.
• Informarnos sobre sus etapas evolucionarias para llegar a como es hoy en día.
Bibliografía:
http://astronomia.net/cosmologia/
http://www.monografias.com/trabajos7/universo/origen_ks.
http ://www.wikipedia.com/principio−cosmológico/teorías/
Conclusión:
Gracias a este trabajo comprendí mejor el significado de la cosmología con su objetivo y sus principios.
También me ayudó a diferenciar las diversas teorías sobre el origen de nuestro universo.
Me informé mejor sobre las etapas por las cuales pasó el universo para convertirse en lo que es hoy en día y
sobre todo me ayudó a actualizar y organizar mis ideas.
Introducción.
La Cosmología corresponde al estudio acerca del origen, estructura y leyes del Universo tal y como lo
conocemos, describiendo su naturaleza y características de una forma científica coherente. Sus alcances
abarcan tanto la composición del Universo en general, así como su proceso de expansión y leyes que lo
componen, las cuales en la actualidad se abocan a los descubrimientos en mecánica cuántica (estudio de las
partículas subatómicas) y su influencia en que el Universo sea como lo vemos hoy.
Principio cosmológico
El principio cosmológico es una hipótesis principal de la cosmología moderna, basada en un número creciente
de evidencias observacionales. Afirma que, en escalas espaciales suficientemente grandes, el Universo es
homogéneo e isótropo. En este contexto la expresión «suficientemente grandes» se refiere a escalas del orden
de cientos de megapársecs.
El principio cosmológico asegura que el universo, cuando se observa a escalas del orden de cientos de
megapársecs, es isotrópico y homogéneo. La isotropía significa que sin importar en qué dirección se esté
observando, veremos las mismas propiedades en el universo. La homogeneidad quiere decir que cualquier
punto del universo luce igual y tiene las mismas propiedades que cualquier otro punto dado.
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Cosmología en la actualidad.
La cosmología moderna podría decirse que nació con la famosa Teoría de la Relatividad de Einstein y la
Mecánica Cuántica, que en los últimos años ha sido brillantemente profundizada por científicos como Stephen
Hawking; los principales objetivos cosmológicos en términos concretos son darnos modelos para entender el
Universo y responder a interrogantes como: ¿cuándo y cómo comenzó el Universo? ¿Siempre ha existido?
¿Cómo se formó su materia? ¿En algún momento se acabará? Tal vez una de las principales interrogantes que
tiene la cosmología es saber los que sucedió en las primeras billonésimas de segundo en el inicio del
Universo, pues especialmente en el plano cuántico eso desvelaría muchas otras incógnitas y permitiría
entender con precisión los detalles del nacimiento de nuestro Universo. Es de esperar que en los próximos
años estas respuestas salgan a la luz y cada vez estemos más cerca de comprender nuestro vecindario cósmico.
El inicio del Universo.
A lo largo de la historia han existido 3 principales teorías para explicar el origen del Universo (aunque todas
han ido sufriendo modificaciones y ajustes), en donde la más aceptada técnicamente ha sido la del Big Bang, y
otras 2 que han tenido más cuestionamientos o refutación: la del Universo Pulsante y el Estado Estacionario
(prácticamente desechada). En la actualidad los estudios se centran en el proceso de expansión del Universo,
la forma física de éste y sus propiedades desde la perspectiva de la física y mecánica cuántica.
Teorías Cosmogónicas
Teoría del Big Bang: Dice que el Universo se inició a partir de la explosión de un átomo supercaliente y
superdenso, que de esta forma se comenzó a expandir hasta nuestros días. Esta teoría postula el origen del
Universo hace unos 14.600 a 20.000 millones de años. Es una de las teorías más conocidas para explicar el
origen del Universo es la del Big Bang, en que supuestamente un superátomo contenía toda la materia del
Universo en ese momento (masa y energía), por lo que este átomo de volumen diminuto era extremadamente
denso y caliente. A una temperatura de millones de grados que mantenía este superátomo no era posible la
masa; sólo podía existir la energía en forma de radiación electromagnética, como la luz. En algún momento
este superátomo estalló, lanzando una gran masa de energía en masa (electrones, protones, neutrones). Esta
primera expansión del Universo se realizaba a una velocidad increíble, puesto que un segundo después de la
explosión el Universo ya se había expandido unas 10.000 veces su tamaño original. La gran nube concéntrica,
a causa de las fuerzas gravitatorias, se dividió en gran cantidad de nebulosas que después dieron lugar a las
primeras galaxias y, posteriormente, a las primeras estrellas.
Teoría del Universo Oscilante: Dice que en realidad el Universo no tuvo un origen común, sino que ha
estado "creándose" y "destruyéndose" continuamente, pasando por una fase de expansión y otra de
contracción (también llamada "Big Crunch"), que vuelve a repetir esta permanente "creación" del Universo.
Teoría del Universo Estacionario: Dice que el Universo simplemente no tuvo un inicio ni nunca tendrá un
fin, sino que siempre ha existido de forma estática e inmutable. Esta postura no considera la expansión del
Universo, la cual una vez demostrada, hizo descartar esta teoría.
MASA PERDIDA O MATERIA OBSCURA:
Gracias a los satélites infrarrojos, tenemos la esperanza de encontrar esta masa perdida detectando el calor de
tales objetos, demasiado fríos para irradiar luz visible. Recientemente, los datos obtenidos por 2MASS
(estudio de todo el cielo a 2 micrones) permitieron identificar la enana marrón más fría. A la derecha vemos la
imagen infrarroja del cúmulo de estrellas de la constelación del Trapecio, en la nebulosa de Orión. Esta
imagen es parte de un estudio realizado por UKIRT, el telescopio infrarrojo del Reino Unido, que permitió
identificar más de 100 posibles enanas marrones en la banda infrarroja.
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El movimiento de las estrellas y de las galaxias está afectado por materia que aún no se ha detectado. Gran
parte de esta materia invisible, que los astrónomos denominan masa perdida, podría estar compuesta por
enanas marrones, que son objetos con una masa comprendida entre dos veces la de Júpiter y 0,08 veces la
masa del Sol (esta cifra es el límite más bajo para que ocurran las reacciones nucleares ). Las enanas marrones
son, por lo tanto, estrellas que nunca han podido brillar, ya que sus núcleos no alcanzan densidades y
temperaturas suficientes para iniciar las reacciones de fusión nuclear. El proceso de fusión requiere una
densidad extremadamente alta en el núcleo de la estrella para comprimir los átomos del hidrógeno, juntarlos y
producir helio, lo que libera tremendas cantidades de energía en forma de radiación. Otro componente de la
masa perdida pueden ser los núcleos exhaustos de las estrellas muertas. La mayoría de las estrellas, cuando
consumen su combustible y sus reacciones de fusión se detienen, se enfrían y eventualmente se apagan hasta
el punto que dejan de irradiar una cantidad de luz visible suficiente para ser detectadas por los telescopios
ópticos.
Descripción de las grandes etapas
−El Big Bang
−Expansión y enfriamiento: Emergen las fuerzas naturales, conocidas hoy en día: gravedad, interacción
nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y electromagnetismo. El universo está compuesto de partículas
elementales que incluyen: quarks, electrones, fotones y neutrinos. Los protones y los neutrones se comienzan
a formar.
−102a 1013segundos: formación de primeros núcleos; El universo sigue expandiéndose. Se forman los
primeros núcleos de hidrógeno y helio. Aún hoy, son los elementos más abundantes en el Universo. −1013 en
adelante: el universo se torna transparente: El universo, que hasta entonces ha sido una inmensa nube de gas
caliente en expansión, se enfría suficientemente como para que los electrones se puedan combinar con los
núcleos de hidrógeno y helio. Se forman los primeros átomos. Se separa la materia de la energía. Esa
organización permite que los fotones no se dispersen y sigan viajando indefinidamente. Estos mismos fotones
son los que se encontraron como radiación de fondo, ahora en forma de microondas debido a que su longitud
de onda va aumentando en la medida en la que el universo se va expandiendo.
−100 millones de años después: nacimiento de primeras estrellas. Mil millones de años después del Big Bang,
la gravedad ejerció su influencia en el universo temprano. Amplificó las irregularidades en el gas en
expansión. Algunas regiones de gas se tornaron muy densas, la concentración encendió estrellas.
Eventualmente, los grupos de estrellas formaron las primeras galaxias. Estas pueden ser observadas hoy,
como fueron entonces, con grandes telescopios.
−Cuásares
Entre mil millones y tres mil millones de años después del Big Bang muchas galaxias se juntaron y formaron
galaxias más grandes. En estos eventos de gran energía, a veces colapsaban estrellas en un centro común, tan
denso que se formaba un hoyo negro. El gas que fluía hacia los hoyos negros se calentaba a tal punto que se
encendía momentáneamente, generando lo que hoy se conoce como cuasar.
−Supernovas
Unos seis mil millones de años después del Big Bang, en las galaxias nacían y morían estrellas. En suS etapas
últimas, las estrellas masivas explotaban como grandes supernovas y, al hacerlo, dispersaban en el espacio
interestelar elementos comunes, tales como oxígeno, carbono, nitrógeno, calcio y hierro. En las explosiones
de estrellas supermasivas, también se creaban y dispersaban elementos más pesados, como oro, plata, plomo y
uranio.
−El Sol: Hace unos 5 mil millones de años, el Sol se formó en un brazo de la Vía Láctea. El amplio disco de
gas y polvo que giraba alrededor de esta nueva estrella creó planetas y sus satélites, asteroides y cometas.
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Organización general del universo:
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• Organización del Universo
¿De qué está compuesto el Universo?
♦ Los Planetas
♦ El Sol
♦ Las estrellas
♦ La materia interestelar
♦ Las galaxias
♦ Los cúmulos de galaxias
♦ El Universo a gran escala
• Proporciones del Universo
♦ La medición del tiempo
♦ Edades
♦ Tiempos del Universo
♦ La luz
♦ Los telescopios
♦ Los radiotelescopios
• Tipos de estrellas
♦ La evolución de las estrellas
♦ Estrellas pequeñas
♦ Estrellas medianas
♦ Grandes estrellas
♦ Estrellas de neutrones y hoyos negros
• Propiedades físicas de los astros
♦ La fuerza de gravedad
♦ La rotación de los cuerpos celestes
♦ La composición química de los cuerpos celestes
♦ La materia oscura
♦ La oscuridad de la noche
• Forma, origen, y probable destino del Universo
♦ La forma del Universo
♦ La expansión del Universo
♦ La radiación de fondo
♦ La Gran Explosión
Los supercúmulos:
Son grandes agrupaciones de pequeños cúmulos de galaxias, y se cuentan entre las estructuras más grandes
del Universo. La existencia de supercúmulos indica que las galaxias en nuestro Universo no están
uniformemente distribuidas; la mayoría de ellas se agrupa en grupos y cúmulos, cada grupo contieniendo
hasta 50 galaxias y cada cúmulo varios miles de galaxias. Dichos grupos y cúmulos, al igual que otras
galaxias aisladas, a su vez forman estructuras más grandes llamadas supercúmulos.
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Los supercúmulos varían en tamaño, hasta unos 108 años luz. No se conoce que existan cúmulos de
supercúmulos, pero se debate sobre la existencia de estructuras mayores. Entremezclados entre los
supercúmulos hay grandes espacios vacíos en los cuales existen pocas galaxias. A pesar de que los
supercúmulos son las mayores estructuras confirmadas, el número total de supercúmulos deja aún
posibilidades sobre la distribución estructural; el total de supercúmulos en el universo es estima que ronde los
10 millones. Frecuentemente, los supercúmulos son subdivididos en grupos de cúmulos llamados nubes de
galaxias.
Agujero negro u hoyo negro:
Es una región del espacio−tiempo provocada por una gran concentración de masa en su interior, con enorme
aumento de la densidad, lo que provoca un campo gravitatorio tal que ninguna partícula ni la energía, por
ejemplo la luz, puede escapar de dicha región.
La curvatura del espacio−tiempo o «gravedad de un agujero negro» provoca una singularidad envuelta por
una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. Esto es debido a la gran cantidad de energía del objeto
celeste. El horizonte de sucesos separa la región de agujero negro del resto del Universo y es la superficie
límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo la luz. Dicha curvatura es
estudiada por la relatividad general, la que predijo la existencia de los agujeros negros y fue su primer indicio.
Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros
supermasivos. La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a
través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas.
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