El Universo Primitivo
Toda la materia en el universo se formó en un evento explosivo hace 13.700 millones de años: el Big Bang.
En 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió que las distancias a las galaxias lejanas eran proporcionales a sus desplazamientos
al rojo. El cambio rojo ocurre cuando una fuente de luz se aleja de su observador: la longitud de onda aparente de la luz se estira a través
del efecto Doppler hacia la parte roja del espectro. La observación del Hubble implicaba que las galaxias distantes se estaban alejando de
nosotros, ya que las galaxias más lejanas tenían las velocidades aparentes más rápidas. Si las galaxias se están alejando de nosotros, razonó
el Hubble, entonces, en algún momento del pasado, deben haberse agrupado muy juntas.
El descubrimiento de Hubble fue el primer soporte de observación para la teoría del big bang del universo de Georges LeMaître, propuesta
en 1927. LeMaître propuso que el universo se expandió explosivamente desde un estado extremadamente denso y caliente, y continúa
expandiéndose hoy. Los cálculos posteriores han fechado esta gran explosión hace aproximadamente 13.7 mil millones de años. En 1998,
dos equipos de astrónomos que trabajaban independientemente en Berkeley, California, observaron que las supernovas, las estrellas
en explosión, se alejaban de la Tierra a un ritmo acelerado. Esto les valió el premio Nobel de física en 2011. Los físicos habían
asumido que más materia en el universo reduciría su tasa de expansión; la gravedad eventualmente haría que el universo cayera
sobre su centro. Aunque la teoría del big bang no puede describir cuáles eran las condiciones al comienzo del universo, puede
ayudar a los físicos a describir los primeros momentos después del comienzo de la expansión.
Orígenes
En los primeros momentos después del Big Bang, el universo era extremadamente cálido y denso. A medida que el universo se enfrió,
las condiciones se volvieron perfectas para dar lugar a los componentes básicos de la materia: los quarks y electrones de los
que estamos hechos. Unas pocas millonésimas de segundo después, los quarks se agregaron para producir protones y neutrones. En
cuestión de minutos, estos protones y neutrones se combinaron en núcleos. A medida que el universo continuó expandiéndose y
enfriándose, las cosas comenzaron a suceder más lentamente. Tomó 380,000 años para que los electrones quedaran atrapados en
órbitas alrededor de los núcleos, formando los primeros átomos. Estos fueron principalmente helio e hidrógeno, que siguen siendo,
con mucho, los elementos más abundantes en el universo. 1.6 millones de años después, la gravedad comenzó a formar estrellas y
galaxias a partir de nubes de gas. Desde entonces, los átomos más pesados como el carbono, el oxígeno y el hierro se han producido
continuamente en los corazones de las estrellas y se han catapultado por todo el universo en espectaculares explosiones estelares
llamadas supernovas.
Pero las estrellas y las galaxias no cuentan toda la historia. Los cálculos astronómicos y físicos sugieren que el universo
visible es solo una pequeña cantidad (4%) de lo que realmente está hecho el universo. Una fracción muy grande del universo,
de hecho, el 26%, está hecha de un tipo desconocido de materia llamada "materia oscura". A diferencia de las estrellas y galaxias,
la materia oscura no emite ningún tipo de luz o radiación electromagnética de ningún tipo, por lo que solo podemos detectarla
a través de sus efectos gravitacionales.
Una forma de energía aún más misteriosa llamada "energía oscura" representa aproximadamente el 70% del contenido de masa de
energía del universo.
Incluso se sabe menos al respecto que la materia oscura. Esta idea surge de la observación de que todas las galaxias parecen
estar alejándose unas de otras a un ritmo acelerado, lo que implica que está trabajando una energía extra invisible.
Materia oscura
La materia oscura invisible constituye la mayor parte del universo, pero solo podemos detectarla por sus efectos gravitacionales.
Las galaxias en nuestro universo parecen estar logrando una hazaña imposible. Están girando a tal velocidad que la gravedad
generada por su materia observable no podría mantenerlos juntos; deberían haberse desgarrado hace mucho tiempo. Lo mismo
ocurre con las galaxias en cúmulos, lo que lleva a los científicos a creer que algo que no podemos ver está funcionando.
Piensan que algo que aún tenemos que detectar directamente es darles a estas galaxias masa adicional, generando la gravedad
adicional que necesitan para permanecer intactas. Esta materia extraña y desconocida se llamó "materia oscura" ya que no es visible.
A diferencia de la materia normal, la materia oscura no interactúa con la fuerza electromagnética. Esto significa que no absorbe,
refleja o emite luz, por lo que es extremadamente difícil de detectar. De hecho, los investigadores han podido inferir la existencia
de materia oscura solo a partir del efecto gravitacional que parece tener sobre la materia visible. La materia oscura parece superar
a la materia visible aproximadamente seis a uno, lo que representa aproximadamente el 26% de toda la materia en el universo. He aquí
un hecho aleccionador: ¡el asunto que conocemos y que compone todas las estrellas y galaxias solo representa el 4% del contenido
del universo! Pero, ¿qué es la materia oscura? Una idea es que podría contener "partículas supersimétricas", partículas hipotéticas
que son asociadas a las que ya se conocen en el Modelo Estándar. Los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) pueden
proporcionar pistas más directas sobre la materia oscura.
Muchas teorías dicen que las partículas de materia oscura serían lo suficientemente claras como para ser producidas en el LHC. Si
fueran creados en el LHC, escaparían a través de los detectores sin ser notados. Sin embargo, se llevarían la energía y el impulso,
por lo que los físicos podrían inferir su existencia a partir de la cantidad de energía y el impulso "que faltan" después de una colisión.
Los candidatos a materia oscura surgen con frecuencia en teorías que sugieren física más allá del Modelo Estándar, como la supersimetría
y las dimensiones adicionales. Una teoría sugiere la existencia de un "Valle Oculto", un mundo paralelo hecho de materia oscura que
tiene muy poco en común con la materia que conocemos. Si una de estas teorías resultara cierta, podría ayudar a los científicos a
comprender mejor la composición de nuestro universo y, en particular, cómo se mantienen unidas las galaxias.
Energía oscura
La energía oscura constituye aproximadamente el 70% del universo y parece estar asociada con el vacío en el espacio. Se distribuye
uniformemente en todo el universo, no solo en el espacio sino también en el tiempo; en otras palabras, su efecto no se diluye a
medida que el universo se expande. La distribución uniforme significa que la energía oscura no tiene ningún efecto gravitacional
local, sino un efecto global en el universo en su conjunto. Esto conduce a una fuerza repulsiva, que tiende a acelerar la expansión
del universo. La tasa de expansión y su aceleración pueden medirse mediante observaciones basadas en la ley de Hubble. Estas mediciones,
junto con otros datos científicos, han confirmado la existencia de energía oscura y proporcionan una estimación de cuánto existe
esta misteriosa sustancia.
Reading Support:
