un BANG... el principio del TODO.

Desde los inicios de la humanidad el ser humano siempre se ha preguntado y se ha intrigado por el mundo que le rodea, y el Universo no es una excepción.

En la historia de la humanidad se han tratado de dar explicaciones para entender al Universo,conocer cual es su composición, como se creo,

 si es infinito o tiene algún limite,etc.

Y tal vez, la mas controvertida de todas, si el Universo necesito la mano de un creador o si se rige por si mismo.

Existen varias teorías acerca del inicio del Universo, pero las mas aceptada(pero no absoluta) es la Teoría del Big Bang.

Esta teoría dice que el Universo se origino de la explosión de un punto ,

de menor tamaño que un átomo, en el cual se concentraba toda la materia

 y que de esa materia misma se formaron las estrellas, galaxias, gas, 

planetas y la vida misma.

El Big Bang, el comienzo del espacio y el tiempo.

Pero el Big Bang realmente no fue una explosión en el sentido estricto

 de la palabra, ni fue colosal.

Más bien el Big Bang fue cuando el espacio-tiempo

(las dimensiones de nuestro universo) 

se creo y comenzó a expandirse a partir de un punto que los físicos conocemos como singularidad espaciotemporal , este es un punto en donde ninguna magnitud física puede ser medida,que era de una temperatura infinita y de densidad infinita.

Los primeros pasos hacia la formulación de esta teoría se deben

 a las ecuaciones de Einstein, que requerían un universo en movimiento(contracción o expansión),aunque Einstein pensaba que

 el Universo era estático(en ese tiempo se creía que el Universo así era)

 lo que hizo que añadiera una constante cosmológica a sus ecuaciones, de lo cual luego de descubrirse que el Universo se encuentra en expansión(fue en 1929) se retractara y lo tomara como el mayor error de su vida.

Alexander Friedman y George Lemaitre(un sacerdote católico belga)

 resolvieron de manera exacta e independiente las ecuaciones de la Teoría de la Relatividad de Einstein para demostrar que el Universo se encontraba en movimiento, luego de esto Lemaitre sugirió que el Universo se formo de un átomo primigenio.

Para 1929 Edwin Hubble descubrió y demostró que las "nebulosas"

 eran más bien galaxias como la nuestra y que se encontraban a distancias gigantescas y que entre mas alejadas estén de nuestra galaxia más rápidamente se alejan, en este momento la teoría del Big Bang ya empezaba a ganar mas creyentes .

 George Gamow, un físico ruso-americano,en los años 40 realizo varios cálculos partiendo de la Teoría de Relatividad para apoyar el Big Bang, y predijo que esa explosión, debido a su densidad temperatura y por lo tanto su energía, debió de haber dejado un "remanente" en forma de microondas(un tipo de ondas electromagnéticas con longitudes de 1 cm a 100 micrómetros)

Pero no dejaba de ser una hipótesis y además todavía se pensaba que el Universo era estático, también existía otra teoría llamada Teoría del Estado Estacionario.

Esta teoría decía que debido a la expansión del Universo se creaba materia nueva entre galaxias para igualar la densidad del mismo Universo.

Fred Hoyle, como su mayor representante, así como otros astrónomos defendían que así se creo el Universo, de hecho fue el mismo Hoyle el que le acuño el termino Big Bang a la teoría rival como forma de burla en un programa de radio.

Para 1965 se descubrió la radiación de fondo de microondas por Arno Penzias y Robert Wilson, esta radiación impregnaba todo el Universo en cualquier lado que se observara.

La Radiación de fondo de microondas captado por el satélite
WMAP donde se observa la anisotropía del Universo.

La mayoría de los físicos ven a este mapa como la prueba indiscutible de que el Big Bang fue el inicio del Universo.

A continuación describo las evidencias de por que la teoría del Big Bang

 es la teoría más aceptada:

1. El Universo se encuentra en movimiento, en expansión,(descubierto por Hubble en 1929)por el mismo impulso de la explosión.
2. Esto quiere decir que las galaxias(toda la materia) debió de haber estado junta en algún tiempo finito del pasado.
3. Debe de existir un remanente de la energía de la explosión en forma de microondas(debido al tiempo y a la expansión del mismo Universo este remanente debe de haber perdido energía en su largo camino hacia nosotros).
4. La abundancia de elementos químicos ligeros como el hidrógeno,deuterio, el helio y sus isótopos, isótopos de litio y berilio.
5. Metalicidad de los espectros de las galaxias mas lejanas y por lo tanto las primeras en formarse.Esto quiere decir no se encuentran elementos mas pesados que los isótopos de berilio que se formaron después del Big Bang.
6. El carbono, oxigeno,silicio,etc no se formaron hasta la muerte de las estrellas después de haber terminado su combustible nuclear.

A muchos estudiantes que entran en contacto por primera vez con la teoría se les dice que al mismo instante de la expansión del espacio-tiempo se crearon las estrellas y galaxias. 

Lo curioso de esto es que tuvieron que pasar

 unos 400 millones de años aproximadamente para que se formaran

 las primeras estrella.

El Big Bang se divide en "eras", algo parecido a las eras geológicas de aquí

 en la Tierra,a lo largo de sus 13,700 millones de años de existencia.

Lo siguiente es según ciertas especulaciones y si algunas teorías resultan verdaderas(que no mencionare porque resultan algo abstractas)

 esto es lo que paso después del Big Bang:

1. Epoca de Planck,10^–43 segundos después del Big Bang. En esta época las cuatro fuerzas fundamentales(la interacción nuclear fuerte y débil, la electromagnética y la gravitatoria) permanecían unidas en una especie de "superfuerza" con la misma intensidad. Muy poco se conoce de esta época.Se espera que después de, si algunas teorías son correctas, se entienda mucho mejor esta era del muy pero muy temprano Universo.

   
   

2. Época de la Gran Unificación, de 10^–43 segundos a 10^–36 segundos después del Big Bang.En esta era la interacción gravitatoria se separa de las interacciones nuclear fuerte, nuclear débil y la electromagnética.

   Por razón de que el Universo se expande y se enfría. 

   
   
3. Era electrodébil,10^–36 a 10^–12 segundos después del Big Bang.
4. La fuerza nuclear fuerte se separa de la fuerza nuclear débil y de la electromagnética, por eso se le llama electrodébil, solo la interacción nuclear débil y electromagnética se encontraban unidas.En esta era se creo una Inflación cósmica que duro de 10^–36 segundos a 10^–32 segundos y en esta era se inicio un crecimiento exponencial de Universo, aumentando su volumen significativamente.
5. En esta era el Universo se componía de un plasma quark-gluones(son las partículas que forman los protones y neutrones).
6. Casi al final de la inflación los neutrinos, electrones se forman y la radiación domina. Aquí la materia bariónica(la materia de la que estamos hechos) se forma, también se observa una asimetría en el Universo, vemos mucha mas materia que antimateriay el porque no se sabe todavía y representa una de las mayores interrogantes de nuestro Universo.
7. 
   
8. Época del quark de 10^–12 segundos a 10^–6 segundos. En esta era las partículas fundamentales ya se habían creado(quarks,electrones,neutrinos,gluones,etc)y adquieren masa por el Mecanismo de Higgs(un poco complicado de explicar). Las fuerzas fundamentales se separan, así que cada fuerza tiene intensidades diferentes y tienen su forma actual. El Universo todavía no es lo suficientemente frío para permitir que los quarks formen hadrones (protones y neutrones).
9. Época del Hadrón de 10^–6 segundos a 1 segundo. En esta época el Universo se enfría lo suficiente para que los quarks formen hadrones, se producían choques de hadrones con anti-hadrones aniquilándose y dejando solamente energía, leptones y antileptones. Los neutrinos ahora viajan libremente por el Universo.
10. Época del Leptón de 1 segundo a 10 segundos. Después de las aniquilaciones de los hadrones, siguen las colisiones de leptones con anti-leptones dejando igualmente energía pero una pequeña reserva de leptones sobrevivientes.
11. Epóca del Fotón de 10 segundos a 388,000 años. Debido a las aniquilaciones de los leptones-antileptones,los fotones dominan el Universo e interactúan con los protones y neutrones cargados y núcleos atómicos de helio. El fondo cósmico de microondas es creado y el Universo se vuelve transparente, los fotones interactuaban constantemente con la materia.Después con la expansión la densidad y por lo tanto la temperatura del Universo permitieron que se formaran los átomos neutros, esto es que los átomos ya estaban formados por protones, neutrones y electrones. Se forma tres veces mas hidrógeno que helio-4, un isótopo de helio.

El Campo Ultraprofundo del Hubble.
Aquí se observan las primeras grandes estructuras del
Universo.

En este momento en el Universo todavía no se forma

 ni las galaxias ni las estrellas

Ya vimos como fue lo que ocurrió después del Big Bang, su expansión y como se formaron las estructuras a pequeña escala (partículas,átomos,etc)

 del Universo.

Ahora veremos que paso con las estructuras a gran escala

(estrellas, galaxias,planetas, nebulosas,etc).

Parece que el Universo sigue una especie de jerarquía, porque primero se formaron las pequeñas partículas, después pasaron a formar átomos, después a moléculas,etc y las estrellas se formaron hasta cientos de millones de años después del Big Bang, para luego formar galaxias, cúmulos de galaxias y luego las estructuras mas grandes del Universo, los supercúmulos de galaxias.

Bueno la materia ya estaba formada y se encontraba en forma de plasma

(un gas ionizado, es decir un gas en donde la cantidad de electrones difiere

a la de los protones),vimos también que las fuerzas fundamentales del Universo ya se habían separado, cada una con diferentes propiedades

 e intensidades.

Como normalmente observamos, la gravedad es la que parece gobernar todo el Universo(esto es en cierto sentido,no olviden las demás fuerzas)es la mas fácil de ver porque vemos como galaxias se atraen y las estrellas atraen a los planetas para girar alrededor de ellas, así que se podría decir que la gravedad es la responsable de la formación de las grandes estructuras.

Las estrellas son las primeras estructuras a gran escala que se formaron.

Todavía existe cierta incertidumbre de como se formó la primera generación de estrellas porque el Universo en ese tiempo era diferente al de ahora, el Universo no se encontraba tan frió como hoy, y además el hidrógeno y el helio eran los elementos más abundantes, no existían estrellas ni otros mecanismos para crear elementos mas pesados que el hidrógeno,helio,litio,berilio,etc.

Por lo tanto es muy probable que las primeras estrellas se formaran de nubes moleculares de hidrógeno y con pequeñas cantidades de helio.

En la actualidad se tienen modelos tomando en cuenta ciertas variables de como lograron las primeras estrellas en "encenderse", ya que por no existir elementos como el carbono y el nitrógeno(que juegan un papel importante en la fusión nuclear y en otros mecanismos) se recurren a ciertas teorías como la de las estrellas oscuras en donde básicamente la materia oscura (es materia hipotética que interactúa gravitacionalmente con la materia y que no podemos detectarla directamente) tiene que ver con el "encendido" de las primeras estrellas con metalicidad nula(los astrónomos y cosmólogos consideran metales a los elementos mas pesados que el helio),pero todavía no se encuentra una respuesta clara a ese misterio y solo confiamos en simulaciones por computadora para entender lo que paso

 y de ahí elaborar teorías.

De algo que estamos seguros es que existió un mecanismo que permitió el "encendido" de las estrellas porque si no no existirían estrellas en el Universo actual y ahora vemos una gran cantidad de estrellas y con una evolución que es bien entendida por lo astrónomos de hoy.

Nebulosa del Águila,M16, NGC6611.
Conocida popularmente como los pilares de la creación.
En esta nebulosa se forman estrellas del gas que se observa
en forma de "pilares" de ahí su nombre.

Estas primeras estrellas debieron de haber sido muy luminosas porque al no existir elementos mas pesados que el helio los átomos de helio y de hidrógeno no absorben tanta luz como átomos de carbono, nitrógeno,etc.

Y así nuestro Universo empezó a poblarse de estrellas y por la atracción gravitatoria las estrellas y el gas se comenzaron a acercar y así se formaron las primeras galaxias, eran muy difusas al principio y con pocas estrellas y gas, no tenían una forma definida como en la actualidad, se podría decir que estas primeras galaxias eran irregulares .

Las galaxias también tienen sus propios movimientos, el centro de una galaxia siempre es muy denso, contiene millones de estrellas viejas y a partir de ahí crece hacia afuera hasta formar brazos, espirales o tomar alguna forma según su velocidad de rotación.

Así mismo por la fuerza de gravedad las galaxias se atraían unas a otras y empezaron a formar grupos de unas 50 galaxias , después siguen los cúmulos galácticos y a su vez se forman los supercúmulos que van desde cientos hasta miles de galaxias unidas gravitacionalmente, esto demuestra que las galaxias no están esparcidas uniformemente en el Universo.

Sin embargo los supercúmulos no son las estructuras mas grandes, existen dos especies de "murallas" de galaxias que se encuentran a distancias enormes,una fue descubierta en 1989 y es

llamada la Gran Muralla, y la segunda fue descubierta en 2003 usando datos del Sloan Digital Sky Survey(una especie de censo de galaxias) y se le nombro La Gran Muralla de Sloan y mide aproximadamente 1,370 millones de años luz de longitud, 3 veces mas grande que la Gran Muralla, por lo tanto esta es la estructura mas grande del Universo.

Así concluimos con que las galaxias y las estrellas se habían formado y el Universo continúa su expansión, y también, después de miles de millones de años las primeras estrellas agotan su combustible nuclear y se convierten en supernovas (la muerte de una estrella) y esa explosión crea elementos químicos nuevos y se expulsan los que se habían creado dentro de los núcleos de las estrellas y así vemos como el Universo se impregna de nuevos elementos y empieza a incrementar la metalicidad de las estrellas y de las galaxias permitiendo así la creación de planetas terrestres, no solo gaseosos, alrededor de las estrellas y por lo tanto vida en esos planetas donde las condiciones sean las adecuadas.

Ahora bien hablemos de la forma del Universo.

Se tienen tres formas posibles, una es que el Universo sea plano,

 la segunda que el Universo sea esférico;algo así como la Tierra, 

y la tercera es que el Universo sea hiperbólico.

Pero a que se refiere con esto, las ecuaciones de Einstein nos dicen que la geometría depende de la masa y por lo tanto de la energía.

Las observaciones y cálculos hechos nos dicen que probablemente el Universo sea plano, con una curvatura cero.

Todo esto se deduce de un parámetro llamado omega (Ω) que depende de la masa y de la energía del Universo, se predice una masa crítica para que tome las formas posibles, por ejemplo

si el parámetro omega es igual a 1 el Universo es plano, si omega es mas grande que uno la geometría es esférica y si omega es menor o negativa

 la geometría es hiperbólica.

Posibles formas del Universo, dependiendo del
parámetro omega.

Y si hablamos de su comienzo, por qué no de su final también.

Se tienen tres posibles escenarios,

unos es el Big Crunch en donde la masa del Universo no supera el parámetro omega y la expansión del Universo se frenaría y colapsaría debido a su propia gravedad, regresando a un punto donde toda la materia se junte de nuevo como si fuera un Big Bang.

Algo similar ocurre cuando arrojas una pelota hacia arriba, al principio "vencerá" la gravedad de la Tierra y cuando llegue a un altura máxima esta frenará y la gravedad de la Tierra lo traerá de vuelta.

Otro final posible del Universo, y de hecho el más aceptado, es que si la energía oscura(un tipo de energía que no se puede detectar directamente y que acelera la expansión) domina el Universo, este continuaría su expansión por siempre, ya no nacerán mas estrellas por falta de gas en las galaxias y las estrellas existentes se apagarán, los agujeros negros se evaporarían debido a laRadiación Hawking y el Universo se enfriaría para siempre, este escenario se conoce como Big Freeze.

El Big Rip, otra teoría muy aceptada, dice que la energía oscura es tal que acabaría por desgarrar a las galaxias, dejando solo estrellas aisladas, después de miles de años las estrellas y planetas se desgarrarían también, pasaría lo mismo con los átomos y la radiación dominaría pero en menor densidad y el Universo seria un lugar desolado e irreconocible.

Sin duda alguna el Universo cautivó a los seres humanos de la antiguedad,

 lo hace hoy en día y estoy seguro que lo seguirá haciendo en el futuro.

Nos maravilla su majestuosidad, su belleza, su poder y alimenta nuestra imaginación de una manera ilimitada.

Es tan vasto y enorme que nos hace preguntarnos si existe vida mas allá del sistema solar, continuaremos desentrañando sus misterios, viajaremos en un futuro a otros sistemas solares y tal vez hasta comunicarnos con otros seres que habitan este Universo y se maravillan tanto de el como lo hace

 la humanidad.

Y como decía mi querido amigo Albert Einstein: 

"Lo más incomprensible del Universo,

 es que es comprensible".