Origen y evolución del universo: materia oscura, galaxias, estrellas y el sistema solar
1. Composición del universo
El universo está compuesto por materia visible (aproximadamente el 4 %, formada por 75 % de hidrógeno y 20 % de helio, con trazas de otros elementos) y materia invisible (cerca del 96 %).
a) Materia visible
Incluye las estrellas, planetas, gases y polvo, aunque una parte de ella no es visible directamente.
b) Materia invisible
- Materia oscura: no se ve, pero se deduce por su efecto gravitatorio sobre las galaxias.
- Energía oscura: se dedujo en 1998 al estudiar supernovas; se descubrió que la velocidad de expansión del universo crece constantemente, algo confirmado gracias a sondas espaciales.
2. Origen del universo: el Big Bang
El Big Bang es la teoría propuesta por Georges Lemaître y complementada por George Gamow. Hace aproximadamente 13.700 millones de años, la energía y la materia se concentraron; al explotar, se formaron los primeros átomos ligeros (hidrógeno y helio), que dieron lugar a nubes de H y He que terminaron formando galaxias, planetas y seres vivos.
Pruebas a favor del Big Bang
- Separación de las galaxias.
- Desplazamiento al rojo de las líneas de luz de las galaxias.
- Eco de la gran explosión, recogido por el satélite COBE.
Posibles modelos del futuro del universo
- Big Chill (gran enfriamiento): si no se detiene la expansión, el universo morirá lentamente.
- Big Crunch (gran colapso): todo se contraerá y se producirá otro Big Bang.
- Big Rip (gran desgarro): la energía oscura, con una fuerza superior a la gravedad, aislará las galaxias.
3. Galaxias
Las galaxias son acumulaciones de materia en forma de polvo cósmico (nebulosas) unidas por la fuerza gravitatoria. Las galaxias forman cúmulos galácticos, y estos a su vez forman supercúmulos.
Tipos de galaxias
- Elípticas: contienen estrellas viejas, gas, polvo y un agujero negro; tienen forma elíptica y carecen de brazos.
- Espirales: presentan nubes de gas, estrellas jóvenes y estrellas viejas en el núcleo.
- Irregulares: no tienen núcleo ni forma definida y contienen estrellas jóvenes.
4. Estrellas
Las estrellas son cuerpos celestes que emiten una gran cantidad de energía (luz y calor). Son enormes esferas de hidrógeno (H) y helio (He) a muy alta temperatura, donde se produce la fusión nuclear: H + H → He.
Las estrellas nacen en el seno de una nebulosa y mueren cuando se agota su hidrógeno, al cabo de millones o miles de millones de años.
Diferencias entre estrellas
- Tamaño: pequeñas, medianas y grandes.
- Color: depende de la temperatura. Azules (jóvenes), blancas, amarillas (maduras) y rojas (viejas).
- Edad: depende de la cantidad de hidrógeno disponible.
Fases de formación de elementos
- En el interior de las estrellas se forman los elementos de la tabla periódica más ligeros.
- En las supernovas se forman los elementos más pesados.
5. El Sistema Solar
El Sistema Solar está formado por el Sol y el conjunto de cuerpos planetarios que orbitan a su alrededor:
- Planetas interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte.
- Planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
- Planetas enanos: Ceres y Plutón.
- Satélites (como la Luna), asteroides, cometas y meteoritos.
El Sistema Solar se formó hace unos 4.600 millones de años a partir del gas y el polvo cósmico de una nebulosa situada en el brazo de Orión. Hace unos 5.000 millones de años, la nebulosa se contrajo e interactuaron los gases; se originó el Sol, que genera energía mediante fusiones, mientras que los restos de la nebulosa chocaron y formaron los planetas, distribuidos según su densidad.
6. La Tierra
La Tierra se formó hace unos 4.600 millones de años a partir de la nebulosa solar. Posee una atmósfera protectora, agua en sus tres estados y una distancia adecuada al Sol, lo que la hace habitable.
6.1. Estudio del interior de la Tierra
La Tierra tiene forma achatada por los polos, con un radio de aproximadamente 6.373 km. El conocimiento de su interior se obtiene mediante:
A) Métodos directos
- Materiales extraídos de minas (hasta unos 3.600 m de profundidad).
- Muestras obtenidas por sondeos (de 12 a 15 km).
- Materiales arrojados por volcanes (150 a 200 m).
B) Métodos indirectos
- Estudio de meteoritos.
- Estudio mediante ondas sísmicas (métodos sísmicos).
Conceptos clave
- Agujero negro: zona del espacio con tanta gravedad que absorbe todo, incluso la luz.
- Materia normal: es la que se ve; la materia oscura no se ve.
- Hidrógeno (H): es el elemento más abundante del universo.
- Dimensión del universo: unos 100.000 años luz.