Big Bang: Todo lo que necesitas saber sobre el modelo cosmológico más aceptado

La teoría del Big Bang es el modelo cosmológico más aceptado que explica el origen y la evolución del universo. La teoría dice que toda la energía y el espacio-tiempo del universo estaban inicialmente contenidos en una singularidad infinitamente densa, caliente e increíblemente pequeña. Se cree que una enorme expansión comenzó a partir de esa mota supercaliente y superdensa hace unos 13.800 millones de años.

El evento a menudo se describe como una explosión, aunque en realidad fue una expansión del espacio mismo, en lugar de material arrojado al espacio existente más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, liberó una gran cantidad de materia y radiación. Cuando esto se disipó, se crearon partículas subatómicas y átomos. La gravedad finalmente los unió para formar estrellas y galaxias durante millones de años, mientras el espacio mismo continuaba extendiéndose, como todavía lo hace, de acuerdo con la ley de expansión del universo de Hubble-Lemaître.

La teoría del Big Bang se apoya en esta ley, que establece que las galaxias se alejan a una velocidad que aumenta a medida que aumenta la distancia entre ellas (las galaxias se alejan de la Tierra a una velocidad proporcional a su distancia). Los astrónomos saben esto debido a un cambio notable en la luz que emiten las galaxias hacia el final del espectro visible, un fenómeno llamado "desplazamiento al rojo galáctico". En otras palabras, cuanto más lejos está una galaxia, más se desplaza su luz hacia el rojo y más rápido se mueve.

Ya hemos dicho que la teoría del Big Bang tiene un alto nivel de aceptación en la comunidad científica. ¿Pero por qué? Primero, la ley de Hubble-Lemaître antes mencionada constituye una importante evidencia empírica para el Big Bang y la idea relacionada de un universo en expansión. Pero hay otros.

La existencia de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMBR) es una de ellas. El CMBR es una señal electromagnética en la banda de microondas que no se puede conectar a ningún objeto en el universo (de ahí que se llame "radiación de fondo"). Fue descubierto por accidente en 1964 cuando dos científicos de los Laboratorios Bell Telephone, Arno Penzias y Robert Wilson, estaban probando una antena de microondas destinada a la comunicación por satélite. Este radiómetro de microondas detectó continuamente "exceso de ruido de radio" que era uniforme en todas las direcciones y finalmente se descubrió que provenía de más allá de nuestra galaxia.

Variaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas medidas con el satélite COBE. Fuente: gran enciclopedia noruega

En 1948, George Gamow, Ralph Alpher y Robert Herman estudiaron la nucleosíntesis de elementos luminosos en el Big Bang. Teorizaron que para que ocurriera ese proceso, el universo tenía que estar extremadamente caliente y, debido a la continua expansión, podría haber restos de este calor extremo en forma de longitudes de onda de microondas. Más tarde se concluyó que lo que Arno Penzias y Robert Wilson observaron en Bell Telephone Laboratories era este calor residual del proceso expansivo que dio origen al universo.

Otra prueba es que las cantidades de helio, hidrógeno, deuterio, tritio, litio y otros elementos traza en el universo son exactamente las que se ha teorizado que deberían ser si ocurriera el Big Bang. En otras palabras, la teoría del Big Bang predice que estos químicos deberían encontrarse en abundancia particular debido a la "explosión" de singularidad, y los científicos lo han encontrado. Por ejemplo, la teoría indicaba que si hubiera un Big Bang, la cantidad de helio en el universo rondaría el 25%. Y, de hecho, el helio representa el 25 por ciento de los átomos en el espacio.

Según las simulaciones, la formación y evolución de las galaxias también puede considerarse evidencia de la teoría del Big Bang, principalmente por la forma en que se organizaron en grandes estructuras, como cúmulos y supercúmulos. Hay otra evidencia, pero la observación del corrimiento al rojo en el espacio, CMBR, altas cantidades de elementos brillantes y la evolución de la galaxia son lo que los científicos llaman "Los Cuatro Pilares del Big Bang".

No hay evidencia empírica que contradiga la teoría del Big Bang. Pero como todas las teorías, el Big Bang no es perfecto y los astrónomos han desarrollado otras explicaciones para el nacimiento del universo.

Uno de ellos es el modelo de estado estacionario, que explica la expansión del universo al postular una creación eterna de la materia, manteniendo su densidad en el tiempo. En este modelo, el universo no tiene edad y es infinito. No tiene principio, ni fin, ni evolución. Cambia solo porque la continua expansión del universo siempre produce nueva materia (especialmente hidrógeno) y la nueva materia da vida a nuevas estrellas.

El modelo de estado estacionario se cuestionó por primera vez en la década de 1950, cuando se detectaron radiogalaxias a distancias tan grandes y en estados que no se ajustaban al modelo de estado estacionario. En un universo Big Bang, debido al tiempo de viaje de la luz, los astrónomos pueden ver galaxias distantes como lo fueron en el pasado; por lo tanto, las galaxias más distantes deberían estar más densamente pobladas que las galaxias vecinas. Con el modelo de estado estacionario, esperaría encontrar la misma densidad promedio de galaxias en todas partes (y en todo momento), pero en realidad hay más radiogalaxias a grandes distancias que en las cercanías. Esto muestra que el universo ha cambiado con el tiempo.

El modelo de estado estacionario se vino abajo cuando se encontraron los otros pilares de la teoría del Big Bang, y especialmente después del descubrimiento de los cuásares y el CMBR, el modelo de estado estacionario fue abandonado a favor de la teoría del Big Bang en la década de 1960.

Otra alternativa es la inflación eterna. Esta teoría postula que la inflación que tuvo lugar inmediatamente después del Big Bang nunca se ha detenido y que incluso ahora están surgiendo nuevos universos, posiblemente con diferentes leyes físicas.

También está el modelo Oscilante, que establece que hay una serie interminable de Big Bangs, seguida de Big Crunches que reinician el ciclo. Esta teoría también tiene una serie de variaciones.

Y hay otras teorías más esotéricas que han surgido del trabajo sobre la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica, como la teoría holográfica, que establece que el universo es un holograma bidimensional proyectado en un espacio tridimensional.

Usando la teoría del Big Bang, el universo se puede dividir en varias etapas de desarrollo.

Primero, hubo una singularidad temprana en la que toda la energía y el espacio-tiempo del universo quedaron "atrapados" en un punto extremadamente denso y caliente. En este punto, el universo se teoriza que solo cruzo 10-35 metros (1 Planck de largo) con una temperatura de más de 1032°C (la temperatura de Planck). Las fluctuaciones cuánticas han llevado a un período de inflación cósmica ultracaliente, considerado el comienzo de la expansión ultrarrápida y exponencial del universo.

La inflación cósmica también fundó las propiedades iniciales del universo. Es en estas etapas que los quarks se combinan para formar hadrones, electrones y protones chocan para formar neutrones Y neutrinos, neutrones Y neutrinos reformado a nuevo protón-electrón parejas, etc

cronologia del big bang
Fuente: NASA / Equipo científico de WMAP

A medida que el universo se enfriaba aún más, los protones y los neutrones se unieron núcleos atómicos ligeros de elementos como el hidrógeno, el helio y el litio. Esto se llama Nucleosíntesis del Big Bang (BBN), y sucedió entre unos 10 segundos y 20 minutos después del Big Bang. Los átomos neutros y los fotones del CMBR se originaron un poco más tarde, en un período llamado "recombinación".

Después de unos 20 minutos, la temperatura e densidad de El universo había caído hasta el punto en que fusión nuclear no pudo continuar.

como la temperatura y la densidad del universo siguió cayendo, ionhidrogenado y helio átomos atrapó electrones para formar átomos neutros. Con el electrones ahora atado a átomosla universo finalmente se vuelve transparente un luz. Al mismo tiempo, los fotones se liberan de su interacción con electrones y protones y pueden moverse libremente. Son estos fotones los que podemos detectar en el CMBR.

Luego, hay un período a menudo llamado "edades oscuras" porque, en este punto, los primeros átomos se habían formado, pero aún no se habían fusionado en estrellas. Aunque existían los fotones, no había estrellas para emitir luz visible. Así permaneció hasta que se formaron las primeras estrellas, unos 400 millones de años después del Big Bang. Este período también se llama reionización.

En este momento, las regiones más densas de gas colapsaron por su propia gravedad y se volvieron lo suficientemente densas y calientes como para encenderse. fusión nuclear reacciones entre átomos de hidrógeno y forman estrellas y galaxias. La luz ultravioleta emitida por esta formación estelar reionizó el gas de hidrógeno neutro circundante, haciendo que el universo fuera transparente a la luz ultravioleta.

Las estrellas más grandes tuvieron una vida corta y, con el tiempo, se formaron estrellas más pequeñas, mientras que volúmenes mayores que pregunta colapsado para formar galaxias, cúmulos y supercúmulos.

Y luego llegamos a los tiempos actuales, donde tenemos una expansión acelerada del universo, un período de aceleración cósmica. donde las galaxias más lejanas se alejan más rápido. Según algunos cálculos, entramos en este período hace unos 5.000 millones de años, y realmente no sabemos a dónde nos llevará en el futuro.

Ahora es el momento de hablar sobre el destino final del universo. Algunas teorías incluyen el Big Crunch, que establece que el universo eventualmente se desinflará y colapsará nuevamente; y el Big Bounce, que afirma que después de esta "deflación", habrá otro Big Bang, lo que implica que el universo es cíclico y que el Big Bang puede no ser el nacimiento del universo sino el comienzo de un nuevo ciclo.

Sin embargo, la mayoría de las observaciones indican que la expansión del universo continuará para siempre. El problema es que el universo continúa enfriándose a medida que se expande, por lo que eventualmente puede alcanzar un estado de equilibrio termodinámico en el que no queda suficiente energía para sostener los procesos que aumentan la entropía. En otras palabras, las obras ya no se pueden extraer del universo. Esto se llama la muerte térmica del universo o la Gran Helada.

¿Que te ha parecido? post

Te puede interesar!

Subir