Fundamentos de Astronomía y Cosmología: Origen, Expansión y Materia Oscura del Universo

Fundamentos de Astronomía y Cosmología

Astronomía: Ciencia de la naturaleza que estudia los procesos físicos y químicos de los objetos y los movimientos/causas de cuyos objetos se encuentran más allá de la atmósfera terrestre. Cosmología: Parte de la astronomía cuyo objeto de estudio es el universo. Modelo actual = estándar, Big Bang, relativista o Gran Explosión.

Ciencia Experimental y Teorías Fundamentales

1. Ciencia Experimental: Teorías científicas construidas a partir de principios imposibles de demostrar, pero son puntos de partida que se desarrollan y permiten hacer predicciones comprobadas por experimentos. Física de Newton (principio de inercia, acciones reacción y relación fuerza movimiento).

2. Problemas: Radiaciones electromagnéticas de cuerpos calientes y el movimiento de la órbita de Mercurio alrededor del Sol.

3. Teorías Nuevas: Física cuántica (naturaleza en el límite de las energías muy altas) y la teoría de la relatividad (velocidades altas).

4. Teoría de la Relatividad: Modelo del Big Bang con tres principios:

• Principio de la Relatividad: Las leyes de la física son iguales en todos los sistemas inerciales y ninguno puede ser referencia absoluta.
• Constancia de la Velocidad de la Luz: Incompatible con Newton, y viaja independientemente del estado de movimiento del sistema desde el cual realizamos la medida.
• Principio de Equivalencia: El efecto que un campo gravitatorio ejerce sobre un sistema físico es equivalente al efecto que supondría someter a ese sistema a un movimiento acelerado y es capaz de curvar los rayos de luz.

La fuerza de gravedad producida por la presencia de masa que también curva la luz y el espacio. Las características del espacio dependen de la distribución de masas y sin masa no hay espacio (BB). Las teorías dieron ecuaciones que decían que el universo es dinámico, en expansión o contracción.

Universos-Isla

1. Se pensaba que UNIVERSO = VÍA LÁCTEA = U. ISLA y nebulosas componentes de la galaxia (sistemas solares de formación o galaxias).

2. Telescopio Hooker 1917, Hubble descubre que las nebulosas tienen estrellas y eran universos-isla, galaxias exteriores = cosmos.

Universo en Expansión y Desplazamiento al Rojo

1. Hubble determinó que las galaxias se están alejando y la expansión afecta a la materia y a la RADIACIÓN: su longitud aumenta, lo que se conoce como DESPLAZAMIENTO/CORRIMIENTO AL ROJO.

2. Universo dinámico en expansión del Big Bang, modelo estándar.

Materia Oscura y Destino del Universo

Materia Oscura: Gravedad: atracción entre galaxias y se opone a la expansión.

1. Gran densidad: mayor intensidad gravitatoria = frenar expansión, contracción, explosión. UNIVERSO OSCILANTE (BIG CRUNCH).

2. Baja densidad: no hay suficiente fuerza para frenar, expansión ilimitada. DENSIDAD CRÍTICA: densidad del universo justa para que la expansión se frene lentamente en un tiempo finito.

Formas de Medir la Densidad del Universo

1. Cantidad brillante (visible): 4% de la densidad crítica (dc).

2. Masa dinámica (movimiento): 30% de la densidad crítica = expansión eterna. Materia Oscura > Materia Visible, 26% materia oscura gravitatoria.

Luz de Origen Cósmico: Fondo Cósmico de Microondas

Radiación observada de origen cósmico: FONDO CÓSMICO DE MICROONDAS procedente de todas partes con misma intensidad y velocidad + radiación de tipo térmico 2.7K.

Historia del Universo

1. Caliente, formado por partículas energéticas cargadas que al expandirse se desintegraron y las de ahora sin carga. La materia del universo formaba un plasma: gas formado por partículas cargadas y no transparente. La luz interacciona y está en colisión con partículas.

2. Dentro del plasma, reacciones nucleares que formaban núcleos atómicos destruidos que cuando se enfrían ya no se destruyen y se crean átomos de helio 25% NUCLEOSÍNTESIS PRIMORDIAL. Al enfriarse más se acaban las reacciones nucleares y se mantiene la proporción.

3. El universo pasa de ser un plasma de partículas cargadas a convertirse en un gas de helio e hidrógeno transparente + la luz pasa de viajar con la materia a viajar libre = DESACOPLO.

4. Después está lleno de gas que se va agrupando y estructurando formando planetas.

Inhomogeneidades en la Radiación de Fondo

Igual intensidad y temperatura y distribución de materia. COBE y WMAP.