La Tierra en el Universo

Cuando se observan galaxias lejanas se detecta el corrimiento hacia el rojo de sus espectros de emisión
Esto significa que cuando más lejos se encuentra una glaxia más rápidamente se aleja de nosostros
El universo se encuentra en expansión

Si hacemos el cálculo de cuanto espacio han recorrido estas galaxias concluye que hace unos 14.000 millones de años toda la materia del universo estaba junta.

Esta teoría recibe el nombre de BigBang

Está apoyada por diversas observaciones y por una predicción: Según el ritmo de expansión el calor generado en el origen debería haberse reducido a una emisión de 3ºK.

Esta radiación se ha encontrado en un fondo casi homogéneo de microondas denominado fondo cásmico de microondas.

 

Las teorías actuales del origen del universo se basan en:

- Corrimiento al rojo de las galaxias
- Fondo cósmicos de microondas
- Homogeneidad del universo
- Teoría sobre la formación de la materia . Se experimenta en aceleraciones de partículas
- Modelos teóricos que predicen la estructura y composición del universo

Llegan a las siguientes conclusiones

Pasado del universo

• El universo se formó hace unos 13.800 millones de años.
• En ese momento inicial toda la materia y energía del universo estaba unida en un pequeño punto
• A estas altisimas temperaturas y presiones no existía materia y energía como las conocemoa ahora. Las fuerzas no estaban diferenciadas.
• En los primeros momentos se supone que hubo una expansión acelerada denominada hiperinflación
• Posteriormente la expansíón se produjo más lentamente disminuyendo presión y temperatura
• Se generaron las partículas subatómicas. Por algún motivo desconocido más de materia que de antimateria
• En un momento dado se formaron los nucleos atómicos. Solo dio tiempo en el universo en expansión a que se formase H, He y cantidades mínimas de Li. En masa 75%H 25%He
• Posteriormente los átomos captaron electrones y se hicieron neutros. La radiación de fotones a miles de ºK pudo viajar libremente. El universo se hizo oscuro
• Se formaron las primeras estrellas. Alguna explotaron e inyectaron en el espacio elementas pesados
• Se formaron grupos discontinuos de gas, polvo, estrellas y materia oscura denominadas galaxias
• Se formaron los primeros agujeros negros. Algunos muy masivos en el centro de las galaxias
• El universo se ha ido frenando por la gravedad pero recientemente (a escala cósmica) se ha acelerado su expansión. Las causas se desconocen. Se postula un nuevo tipo de energía responsable de esta expansión: la energía oscura.

Futuro del universo

• Se irá expandiendo cada vez más rápido
• En un momento dado no nos llegarán noticias de zonas lejanas del universo. (como curiosidad, si vivieramos en esta etapa no podríamos haber conocido el BigBang)
• Se consumirá el gas y el polvo de las galaxias para formar nuevas estrelllas de modo que cada vez habrá menos
• Quedarán solo restos estelares y agujeros nergros
• Se evaporarán los agujeros negros
• Muerte térmica del universo. No se podrá sacar energía de ningún modo.

Evolución estelar

La vida de una estrella se puede explicar por las siguientes fuerzas que actúan sobre la materia:

Secuencia de acontecimientos en la evolución de una estrella

Una masa de gas no homogénea por perturbación o expontáneamente se contrae por gravedad.

La contracción aumenta temperatura

El aumento de temperatura aumenta presión hasta que se equilibra con la gravedad.

La energía se pierde por radiación al espacio y se vuelve contraer y a aumentar la presión

Al estar los elementos de la masa de gas cada vez más próximos la atracción gravitatoria se vuelve cada vez mayor y la temperatura tiene que ser cada vez más elevada para mentener la estructura del gas en compresión.

La radiación emitida va cambiando desde el infrarrojo a visible

El proceso continúa hasta que la presión es suficiente para producir la fusión del hidrógeno en helio.
4 H -> 1 He . Se produce a unos 7 a 20 millones de ºK
Esta reacción nuclear de fusión genera gran cantidad de energía que equilibra a la perdida por radiación.

De esta manera se mantiene la estrella irradiando durante millones de años (secuencia principal del diagrama HR) Las estrellas grandes al tener mayor temperatura son azules, tienen un nucleo de fusión grande, queman grandes cantidades de H y viven pocos millones de años Las estrellas menores son rojas y su vida en la secuencia principal es más larga: miles de millones de años. El Sol vivirá unos 10.000 m.a. quemando materia a unos 600 millones TM/s Al agotarse el H el núcleo se contrae y calienta y empieza la fusión de otros elementos más pesados hasta el Fe Las temperaturas interiores son mucho más altas 100 millones ºK De la fusión de elementos pesados se obtiene mucha menor energíapor lo que el proceso es mucho más rápido. En esta fase, mientras el núcleo se calienta la periferia se expande y enfría: se forman las estrellas gigantes rojas Son estrellas inestables: - A veces se producen explosiones: novas - A veces se convierten en estrellas variables. en las que cambia el brillo periódicamente.

Las reacciones de fusión ocurren a temperaturas crecientes de modo que las estrellas viejas tienen capas de diferente composición en las que puede haber reacciones de fusión diferentes . Esto las hace inestables y propicia que pierdan sus capas extereiores formando las llamadas nebulosas planetarias

Final de la vida de una estrella

El futuro de la estrella depende de la masa

Estrellas de masa entre 0.1 y 9 masas solares

Van agotando su combustible. Las menores sólo el H, las mayores llegan hasta tener un núcleo de Fe.
Las que pasan por estado de gigante roja terminan por emitir al espacio parte de sus capas exteriores formando las denominadas nebulosas planetarias
Dejan de tener reacciones nucleares y solo emiten calor por la contracción del cuerpo disminuyendo mucho su tamaño y convirtiéndose en enanas blancas muy densas.
Una enana blanca de masa solar tendría el tamaño de la Tierra. su densidad sería de 1 Tm/cm3 aprox.
Las enanas blancas se van enfriando lentamente.

Estrellas mayores de 9 masas solares

Da lugar a una supernova explosiva . que emite tanta radiación como toda una galaxia.
Las supernovas emiten al espacio la mayor parte de la masa de la estrella quedando un resto estelar sin capacidad de seguir teniendo reacciones de fusión.
En estas explosiones se pueden formar por fusión nuclear elementos químicos más pesados que el hierro.

Si la masa resultante tras la explosión de supenova es menor de 3 veces la solar queda la materia condensada en una estrella de neutrones en rápida roración.
En estos restos estelares los átomos no pueden aguantar la gravedad y se combinan protones y electrones formando una especie de átomo gigante de neutrones
Su diámetro es de unos 20 Km y su densidad de unos 100 millones Tm/cm3

Si la masa resultante tras la explosión es mayor de 3 veces la solar se origina un Agujero Negro .
La gravedad es tan intensa que no pueden escapar ni los fotones
El tiempo y el espacio se alteran en su interior. Nada puede escapar de este resto estelar.

Influencia en la formación de nuevas estrellas

El final de la vida de una estrella influye en la composición y estructura de la siguiente generación

Las nebulosas planetarias emiten materiales al exterior de manera muy limitada, pero las supernovas proyectan grandes cantidades de materia rica en elementos pesados y a gran velocidad.

La materia expulsada por supernovas forma ondas de presión que forman nuevas estrellas.

Los elementos pesados forman polvo estelar que pueden dar lugar a planetas rocosos e influir en el comportamiento de las sigientes generaciones de estrellas.