Del Big Bang a La Vía Láctea y al Sistema Solar.

Después de ocurrido el “Big Bang”, evento que se acepta dio inicio al Universo, caracterizado por conjuntar una muy alta densidad (que nunca se ha vuelto a tener), y que además presentó temperaturas tan altas que tampoco han vuelto a suceder, ello, se piensa, propició su expansión, la cual aún ahora continua. 

La teoría más aceptada dice que pasado algún tiempo, se inicio la formación de las distintas galaxias, entre tantas otras, la más estudiada, a la que llamamos “Vía Láctea”, observada desde tiempos prehistóricos por la humanidad. Se calcula tiene cien mil años luz de longitud en su diámetro, se ha descubierto que tiene forma de lente convexa y que contiene trescientos mil millones de estrellas aproximadamente.

Es la galaxia en la que se ubica nuestro planeta en compañía del sistema solar que le aloja, pero no es, ni con mucho, de las primeras en formarse ni aún la mayor. 

Pero, se ha descubierto que las galaxias más antiguas no están en los confines del Universo, se han identificado a algunas de ellas son nuestras vecinas, pero su forma actual es muy tenue, como galaxias satélites.

Los círculos blancos muestran las galaxias más viejas, los azules las más brillantes.

Foto Institute for Computational Cosmology, Durham University, UK/ Heidelberg Institute for Theoretical Studies/ Max Planck Institute for Astrophysics.

En la Ciudad de México, a inicios del mes de septiembre del 2018, el Astrofísico Carlos Frenk Mora, egresado de la Facultad de Ciencias de la UNAM, y reconocido en 2017 como Comendador de la Orden del Imperio Británico, reveló:

“Algunas de las galaxias satélite más débiles que orbitan la Vía Láctea son las primeras que se formaron en nuestro Universo”.

Y agregó: “Encontrar algunas de las primeras galaxias que se formaron en nuestro Universo orbitando en el patio trasero de la Vía Láctea es el equivalente astronómico a encontrar los restos de los primeros humanos que habitaron la Tierra. Es muy emocionante”, precisó el científico universitario radicado en Estados Unidos en el artículo “The Imprint of Cosmic Reionization on the Luminosity Function of Galaxies”, publicado por la revista “The Astrophysical Journal”.

Estas galaxias ancestrales son: Segue-1, Bootes I, Tucana II y Ursa Major I, con más de 13 mil millones de años. “Lo que hicimos fue coleccionar todos los datos e interpretarlos dentro del esquema que tenemos de la evolución del Universo", explicó Frenk Mora.

En el estudio participaron también la joven doctora Alis Deason, del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, Inglaterra, y Sownak Bose, asociado en un post doctorado del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica, de Estados Unidos.

Bose presenta su búsqueda: “Como el uso de numerosos estudios basados en simulaciones de la estructura cosmológica de la formación y evolución de galaxias, ello en el contexto de distintos modelos de energía y materia oscura. Estoy particularmente interesado en confrontar las predicciones de modelos teóricos con el siempre crecimiento en su volumen, considerando los datos de alta precisión que estarán disponibles en las encuestas futuras y actuales. También estoy interesado en aumentar el “realismo” de los modelos semi-analíticos e hidrodinámicos de formación de galaxias por medio de la utilización de la nueva física a pequeña escala.”

El doctor Frenk Mora ha dicho: "El hallazgo respalda el modelo actual para la evolución de nuestro Universo, el llamado 'Lambda de materia oscura-fría' (Lambda- Cold Dark Matter), en el que las partículas elementales que componen la materia oscura impulsan la evolución cósmica".

Este modelo representa actualmente la concordancia entre el Big Bang y la explicación las observaciones de la estructura a gran escala del Universo, así como las referentes a las radiaciones cósmicas del fondo de microondas. Es el modelo más simple que ha venido ayudando a integrar las observaciones antes descritas y aún las que se refieren a la información encontrada sobre las explosiones estelares que se manifiestan en forma por demás notable, en sitios donde anteriormente a ellas no se apreciaba nada extraordinario en particular, mejor conocidas como “supernovas”.

Arroja entre sus conclusiones la explicación sobre la aceleración de la expansión del Universo, que se calcula inició hace unos seis mil millones de años.

Con ayuda de instrumentos como el VTL, del Observatorio Europeo Austral, se ha estudiado más a fondo a las galaxias satélite que se mantienen cerca de otras más grandes (como Andrómeda o la Vía Láctea) debido a la atracción gravitacional.

Fotografía del astrofísico Carlos Frenk Mora quien es egresado de la Facultad de Ciencias de la UNAM y fue reconocido en 2017 como “Comendador de la Orden del Imperio Británico”. 

Foto tomada de 3veces w, dgcsunam punto mx

Con sistemas de modelación computacional, Frenk Mora y su equipo identificaron dos poblaciones de galaxias satélite que orbitan alrededor de nuestro vecindario galáctico.

El primero contiene galaxias que se formaron durante la era oscura cósmica. La segunda, con objetos más brillantes que se formaron cientos de millones de años después, una vez que el hidrógeno ionizado por la intensa radiación ultravioleta emitida por las primeras estrellas pudo enfriarse en halos de materia oscura más masivos.

Sorprendentemente, el equipo descubrió que un modelo teórico de formación de galaxias que habían desarrollado previamente coincidía perfectamente con los datos, lo que les permitía inferir los tiempos de formación de las galaxias satélite.

Hace una década, las galaxias más débiles cercanas a la Vía Láctea habrían sido descartadas de estudio, pero con los nuevos equipos científicos, éstas se han revelado como “un nuevo tesoro para aprender del universo primitivo”, añadió el especialista.

Se cree que cuando el Universo tenía alrededor de 400 mil años se formaron los primeros átomos. Éstos eran de hidrógeno (el elemento más simple en la tabla periódica), se acumularon en las nubes, pero se enfriaron gradualmente hasta asentarse en los "halos" de materia oscura que surgieron del Big Bang.

Esta fase es conocida como "la edad oscura cósmica", que duró aproximadamente 100 millones de años. Eventualmente, el gas que se había enfriado dentro de los halos se volvió inestable, comenzó a formar estrellas y, con ellas, las primeras galaxias que dieron paso a la luz.

La intensa radiación ultravioleta emitida por las primeras galaxias destruyó los átomos de hidrógeno restantes al ionizarlos (destruyendo sus electrones), lo que dificulta que este gas se enfríe y forme nuevas estrellas.

El proceso de formación de galaxias se detuvo por completo durante los siguientes mil millones de años más o menos. Eventualmente, los halos de materia oscura se volvieron tan masivos que incluso el gas ionizado pudo enfriarse. 

Se reanudó así la formación galaxias, que culminó con espectaculares galaxias brillantes como nuestro vecindario galáctico: la Vía Láctea, explicó Carlos Frenk, unos de los astrónomos egresados de la UNAM más reconocidos a nivel mundial por su teoría de la materia oscura para la formación de galaxias.

Las Galaxias Antiguas y el Grupo Local.

Las galaxias cercanas se atraen por efecto de su gravedad y se agrupan en cúmulos. Los cúmulos más pequeños se llaman grupos.

Nuestra galaxia (Vía Láctea) pertenece a un grupo, el llamado “Grupo Local”.

El Grupo Local tiene un diámetro de 4 millones de años luz y reúne más de 50 galaxias. Se trata de un cúmulo todavía joven que forma parte de una estructura todavía mayor, llamada: “Supercúmulo de Virgo”.

El Grupo Local tiene tres galaxias principales en forma de espiral: 

Andrómeda, Vía Láctea y Galaxia del Triángulo. 

El resto son galaxias enanas que orbitan en torno a estas tres grandes. Se llaman galaxias satélite.

Las Antiguas Galaxias incluidas en las conclusiones del estudio:

“Galaxia Segue – 1”, siendo una de las más pequeñas galaxias satélites de la “Vía Láctea”, así como de las más tenues, con una masa estimada de seiscientas mil masas solares. Está ubicada en medio del llamado “Brazo de Sagitario” y se cree que pudo haber sido originalmente un satélite de la Galaxia Enana Elíptica de Sagitario.

Ilustración de la Galaxia Segue I.

Fotografía tomada de Pablo de la Paolera WorldPresscom

Galaxia Bootes I, 

El Boyero I, es una galaxia enana compuesta por unos pocos miles de millones de estrellas, se ubica en el llamado Grupo Local, a 196+- 8 miles de años luz y en cuanto a su tamaño, mide dos mil años luz de diámetro.

Galaxia Tucana II,

El Tucán II, es una galaxia enana ubicada a dos millones ochocientos cincuenta mil años luz, cerca de la Galaxia “Pequeña Nube de Magallanes”, pero mucho más tenue. Ambas se inscriben en la proximidad de la Galaxia Tucán (Tucana).

Galaxia Ursa Major I,

La Osa Mayor I, es una galaxia enana ubicada aproximadamente a 325 mil años luz, con un diámetro calculado en 3 mil años luz, en las cercanías de la galaxia Osa Mayor.

El Grupo Local, compuesto por cincuenta y cuatro galaxias aproximadamente.

From Wikimedia Commons, The Free Media 

Se estima que nuestro planeta se formó hace un poco más de 4,567 millones de años (redondeado a cuatro mil seiscientos millones de años). Si consideramos que se ha documentado que el inicio del universo se remonta a 13,700 millones de años, apareció entonces, nuestro sistema solar como un producto habido en la adolescencia de universo.

Ilustración de una Nube Molecular, se separó de la Nebulosa de Carina (1999 con el Hubble).

Dominio público, tomado de h t t p s : doble diagonal commons de wikimedia punto org / w / index.php? Curid = 893248

O por mejor decir, incubado en la ya citada galaxia “Vía Láctea”, ubicado en uno de los brazos de la espiral, a veintiocho mil años luz del centro y a veintidós mil años luz del extremo. Este brazo se conoce como el “Brazo de Orión”, pero en la galaxia también están otros dos brazos: “Brazo de Sagitario” y “Brazo de Perséo”.

Entonces en la vía Láctea se dio lugar al sistema solar, mediante el colapso gravitacional de un conglomerado de moléculas, lo que se ha dado en llamar “nube molecular”, cumpliendo la condición de densidad alta y una temperatura bastante baja, tal como para permitir que exista la molécula de dihidrógeno (Doble átomo de Hidrógeno). Este elemento presenta la circunstancia de no ser observable directamente por carecer de dipolo eléctrico.

Campo Electrico debido a un dipolo.

Tomado de Jorgext- Trabajo Propio.

Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí.

Ilustración del campo magnético de un Dipolo Eléctrico.

Tomado De Geek3-Trabajo propio, CC BY-SA 3.0 Con h h t p doble diagonal, De commons de wikipedia punto org/ w / index punto php ? Curid=12311218

Se ha establecido que, sólo una pequeña parte de la gigante nube molecular reaccionó gravitacionalmente formando en el centro un cuerpo que hoy conocemos como “El Sol”, y el resto de la materia que sufrió la reacción gravitacional se concentró formando el disco proto-planetario, del que, con el tiempo se formaron los planetas, sus lunas, asteroides, y demás cuerpos celestes que hoy reconocemos.

Observaciones realizadas recientemente, en otras partes del Universo Observable, sugieren que nuestro Sol se formó en un cúmulo estelar, con una masa calculada entre quinientos y tres mil veces la masa actual del Sol. Esto en un radio de entre uno y tres “pársecs” (un pársec equivale a 3.2616 años luz). Ello trajo como consecuencia que las estrellas se dispersaran a distancias de cien pársecs.

La nebulosa colapsada, debido a sus características físicas, empezó a girar cada vez más rápido, lo que con su condensación, propicio que los átomos al colisionar entre ellos, de forma cada vez más intensa, generaran energía que se liberó en forma de calor. Este calor se concentró en mayor medida en el centro de aquel disco, quedando la periferia del mismo con temperaturas menores. 

Con dicho estado de distribución, en un área de entre siete mil y veinte mil unidades astronómicas, una unidad astronómica es la distancia media entre la Tierra y el Sol, casi 150 millones de kilómetros, en números redondos. Quedo un disco aplanado de tan sólo 200 unidades astronómicas (proto-planetario), que en su centro contenía una proto-estrella densa y caliente.

Se infiere que después de un lapso de cien millones de años, la estrella alcanzó el equilibrio hidrostático, lo que la convirtió en una rutilante y nueva estrella.

Mientras tanto el polvo y gas que formaban el más frio y aplanado disco proto-planetario, se agrupo en varios centros de atracción, y por medio de un fenómeno llamado “acresión”, en las distancias más cercanas a la nueva estrella, fueron silicatos y metales los que fueron atraídos a unirse unos con otros, lo que perduró varios cientos de millones de años, y convirtieron pequeños conglomerados, en cada vez mayores cuerpos rocosos, uniéndose mediante choques espectaculares, del tamaño de entre cinco y diez kilómetros formaron la masa de los planetas más interiores del sistema solar, conocidos como planetas rocosos.

Algo similar sucedió con los puntos de reunión de masas, más alejados del Sol, pero más allá de la línea de congelación, esto es, la zona en que la temperatura permite que los compuestos de hidrógeno, agua y metano puedan condensar en granos sólidos de hielo. Dicha línea se ubica a 2.7 unidades astronómicas del Sol, que equivale a la distancia del Sol hasta la mitad de la llamada “Zona de asteroides”. Entonces las moléculas de compuestos de hidrógeno congelado (hielo), mucho más abundantes, se acrecentaron dando lugar a los planetas gigantes gaseosos, que si bien contienen un núcleo sólido, roca y hielo, su exterior está ocupado por gas y gas comprimido en estado líquido, lo que hace que no tengan una superficie bien definida. 

Corte transversal que ilustra un modelo del interior de Jupiter, con un núcleo rocoso recubierto por una capa profunda de hidrógeno metálico líquido.

Ilustración tomada de Chocofrito - Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, de https : doble diagonal commons punto wikimedia.org diagonal w diagonal index.php? Curid = 45366217.

Los siguientes puntos de acrecimiento formaron los planetas que con mucho menos material disponible formados interiormente por hielo primigenio a gran presión y temperatura y en estado líquido, se conocen como los gigantes helados. Cuentan con una proporción de helio e hidrógeno mucho más baja que los gigantes gaseosos, en consecuencia de su mayor alejamiento del Sol. Su tamaño es mucho menor y presentan una densidad menor que sus vecinos gigantes,  sus núcleos están compuestos por hielo, roca y gas, sus capas atmosféricas contienen metano, son brumosas y de color tendente al azul.

Ahora nos vamos acercando a revisar la evolución de nuestro único planeta, la increíble, por bella y sorprendente cuna de la especie Homo sapiens.

El tema sobre las distancias y tamaños de lo concerniente al Universo, siempre me han impresionado, retan a mi imaginación. Recuerdo con claridad pocas de las clases a que asistí en el transcurso de mi estancia en el bachillerato. Pero la que más presente tengo, es aquella en que el profesor dejo de lado la Física Clásica, y nos llevó a incursionar en las dos teorías recientemente desarrolladas, Relatividad y Cuántica. Nos habló de las distancias entre los puntos importantes que había que considerar para entender, a lo muy grande y a lo muy pequeño.

Salí mareado de aquella clase, y apenas eran las ocho de la mañana. Con muchas más preguntas que con las que había entrado, y con la certeza, de que aún no había respuesta para la mayoría de ellas, conclusión basada en la exposición del profesor Rosas.

Ahora descubro nueva información al respecto y la hago extensiva a los lectores de este material y vuelvo a sentir la emoción, tan similar a la que en aquella mañana me embargó.

Todavía hay multitud de dudas en nuestras cabezas al respecto, pero algo se ha avanzado y eso nos debe a animar en la búsqueda de las respuestas, aunque ello no sea fácil ni inmediato.

Corte que muestra la estructura interna de Neptuno.

Ilustración tomada De Chocofrito - Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, de https : doble diagonal commons punto wikimedia . Org diagonal w diagonal index. Php? Curid = 45403094