7/21/2019 El universo

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  EL UNIVERSO

El universo es la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la

energía y el impulso, las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término

también se utiliza en sentidos contextuales ligeramente diferentes y alude a conceptos

como cosmos, mundo o naturaleza.1

Observaciones astronmicas indican que el universo tiene una edad de 1!,"! # $,1% millardos

de a&os 'entre 1! "!$ y 1! (1$ millones de a&os) y por lo menos *! $$$ millones de a&os

luz de extensin.% Seg+n la teoría ms aceptada, el evento que dio inicio al universo se

denomina Big Bang . Se denomina -ig-ang a la singularidad que, conforme dic/a teoría, fue

la que cre el universo. 0dems esta afirma que después del Big Bang , el universo comenz

a expandirse /asta llegar a su condicin actual, y contin+a /aciéndolo.

ebido a que, seg+n la teoría de la relatividad especial, la materia no puede moverse a

una velocidad superior a la velocidad de la luz, puede parecer parad2ico que dos ob2etos del

universo puedan /aberse separado *! mil millones de a&os luz en un tiempo de +nicamente

1! mil millones de a&os3 sin embargo, esta separacin no entra en conflicto con la teoría de

la relatividad general, ya que esta solo afecta al movimiento en el espacio, pero no al espacio

mismo, que puede extenderse a un ritmo superior, no limitado por la velocidad de la luz. 4or lo

tanto, dos galaxias pueden separarse una de la otra ms rpidamente que la velocidad de la

luz si es el espacio entre ellas el que se dilata.

5ediciones sobre la distribucin espacial y el desplazamiento /acia el ro2o 'redshift ) de

galaxias distantes, la radiacin csmica de fondo de microondas, y los porcenta2es relativos de

los elementos químicos ms ligeros, apoyan la teoría de la expansin del espacio, y ms en

general, la teoría del -ig -ang, que propone que el universo en sí se cre en un momento

específico en el pasado.

Observaciones recientes /an demostrado que esta expansin se est acelerando, y que la

mayor parte de la materia y la energíaen el universo son las denominadas materia

oscura y energía oscura, la materia ordinaria 'barionica), solo representaría algo ms del 6 7

del total.!

8os experimentos sugieren que el universo se /a regido por las mismas leyes físicas,

constantes a lo largo de su extensin e /istoria. Es /omogéneo e isotrpico. 8a fuerza

dominante en distancias csmicas es la gravedad, y la relatividad general es actualmente la

teoría ms exacta para describirla. 8as otras tres fuerzas fundamentales, y las partículas en

las que act+an, son descritas por el modelo estndar . El universo tiene por lo menos tres

dimensiones de espacio y una de tiempo, aunque experimentalmente no se pueden descartar

dimensiones adicionales muy peque&as. El espaciotiempo parece estar conectado de forma

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sencilla, y el espacio tiene una curvatura media muy peque&a o incluso nula, de manera que

la geometría euclidiana es, como norma general, exacta en todo el universo.

8a ciencia modeliza el universo como un sistema cerrado que

contiene energía y materia adscritas al espaciotiempo y que se rige fundamentalmente por

principios causales.

-asndose en observaciones del universo observable, los físicos intentan describir el

continuo espaciotiempo en que nos encontramos, 2unto con toda la materia y energía

existentes en él. Su estudio, en las mayores escalas, es el ob2eto de lacosmología, disciplina

basada en la astronomía y la física, en la cual se describen todos los aspectos de este

universo con sus fenmenos.

8a teoría actualmente ms aceptada sobre la formacin del universo, fue teorizada por el

cannigo belga 8ema9tre, a partir de las ecuaciones de 0lbert Einstein. 8emaitre concluy 'en

oposicin a lo que pensaba Einstein), que el universo no era estacionario, que el universotenía un origen. Es el modelo del -ig -ang, que describe la expansin del espaciotiempo a

partir de unasingularidad espaciotemporal. El universo experiment un rpido periodo

de inflacin csmica que arras todas las irregularidades iniciales. 0 partir de entonces el

universo se expandi y se convirti en estable, ms frío y menos denso. 8as variaciones

menores en la distribucin de la masa dieron como resultado la segregacin fractal en

porciones, que se encuentran en el universo actual como c+mulos de galaxias.

En cuanto a su destino final, las pruebas actuales parecen apoyar las teorías de la expansin

permanente del universo 'Big Freeze  Big Rip, :ran esgarro), que nos indica que la

expansin misma del espacio, provocar que llegar un punto en que los tomos mismos se

separarn en partículas subatmicas. Otros futuros posibles que se bara2aron, especulaban

que la materia oscura podría e2ercer la fuerza de gravedad suficiente para detener la

expansin y /acer que toda la materia se comprima nuevamente3 algo a lo que los científicos

denominan el Big Crunch o la :ran ;mplosin, pero las +ltimas observaciones van en la

direccin del gran desgarro.

Índice

  <ocultar =

•

14orcin observable

• %Evolucin

o %.1>eoría sobre el origen y la formacin del ?niverso 'Big Bang)

o %.%Sopa primigenia

o %.!4rotogalaxias

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o %.@estino final

%.@.1Big Crunch o la :ran ;mplosin

%.@.%Big Rip o :ran esgarramiento

• !escripcin física

o !.1>ama&o

o !.%Aorma

o !.!Bolor 

o !.@Comogeneidad e isotropía

o !.6Bomposicin

o !.DEstructura cuntica

o !."5ultiversos

o !.(El universo, una ilusinF

• @Estructuras agregadas del universo

o @.18as galaxias

o @.%Aormas de galaxias

@.%.1:alaxias elípticas

@.%.%:alaxias lenticulares

@.%.!:alaxias espirales

@.%.@:alaxia espiral barrada

@.%.6:alaxias irregulares

o

@.!8a Gía 8ctea

o @.@8as constelaciones

o @.68as estrellas

o @.D8os planetas

o @."8os satélites

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o @.(0steroides y cometas

• 6;ndicios de un comienzo

• DOtros términos

• "Géase también

• (Heferencias

• *Enlaces externos

Porción observable

 Artículo principal: ?niverso observable

8os cosmlogos tericos y astrofísicos utilizan de manera diferente el término universo,

designando bien el sistema completo o +nicamente una parte de él.@ Seg+n el convenio de loscosmlogos, el término universo se refiere frecuentemente a la parte finita del espacio

tiempo que es directamente observable utilizando telescopios, otros detectores, y

métodos físicos, tericos y empíricos para estudiar los componentes bsicos del universo y

sus interacciones. 8os físicos cosmlogos asumen que la parte observable del

espacio comvil 'también llamado nuestro universo) corresponde a una parte de un modelo

del espacio entero y normalmente no es el espacio entero. Arecuentemente se utiliza el

término el universo como ambasI la parte observable del espaciotiempo, o el espaciotiempo

entero.

 0lgunos cosmlogos creen que el universo observable es una parte extremadamente peque&a

del universo JenteroK realmente existente, y que es imposible observar todo el

espacio comvil. En la actualidad se desconoce si esto es correcto, ya que de acuerdo a los

estudios de la forma del universo, es posible que el universo observable esté cerca de tener el

mismo tama&o que todo el espacio. 8a pregunta sigue debatiéndose.6 D Si una versin del

escenario de la inflacin csmica es correcta, entonces aparentemente no /abría manera de

determinar si el universo es finito o infinito. En el caso del universo observable, este puede ser 

solo una mínima porcin del universo existente, y por consiguiente puede ser imposible saber

realmente si el universo est siendo completamente observado.

EvoluciónTeoría sobre el origen y la formación del Universo Big Bang !

 Artículo principal: >eoría del -ig -ang

El /ec/o de que el universo esté en expansin se deriva de las observaciones del corrimiento

al ro2o realizadas en la década de 1*%$ y que se cuantifican por la ley de Cubble. ic/as

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observaciones son la prediccin experimental del modelo de AriedmannHobertsonLalMer , 

que es una solucin de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, que

predicen el inicio del universo mediante un big bang.

El Ncorrimiento al ro2oN es un fenmeno observado por los astrnomos, que muestra una

relacin directa entre la distancia de un ob2eto remoto 'como una galaxia) y la velocidad con la

que este se ale2a. Si esta expansin /a sido continua a lo largo de la vida del universo,

entonces en el pasado estos ob2etos distantes que siguen ale2ndose tuvieron que estar una

vez 2untos. Esta idea da pie a la teoría del Big Bang 3 el modelo dominante en la cosmología

actual.

urante la era ms temprana del Big Bang , se cree que el universo era un caliente y

denso plasma. Seg+n avanz la expansin, la temperatura decreci /asta el punto en que se

pudieron formar los tomos. En aquella época, la energía de fondo se desacopl de la materia

y fue libre de via2ar a través del espacio. 8a energía remanente continu enfrindose al

expandirse el universo y /oy forma el fondo csmico de microondas. Esta radiacin de fondo

es remarcablemente uniforme en todas direcciones, circunstancia que los cosmlogos /an

intentado explicar como refle2o de un periodo temprano de inflacin csmica después del Big

Bang .

El examen de las peque&as variaciones en el fondo de radiacin de microondas proporciona

informacin sobre la naturaleza del universo, incluyendo la edad y composicin. 8aedad del

universo desde el Big Bang , de acuerdo a la informacin actual proporcionada por

el L504 de la 0S0, se estima en unos 1!."$$ millones de a&os, con un margen de error de

un 1 7 '1!" millones de a&os). Otros métodos de estimacin ofrecen diferentes rangos de

edad, desde 11 $$$ millones a %$ $$$ millones.

So"a "rimigenia

Casta /ace poco, la primera centésima de segundo era ms bien un misterio, impidiendo a los

científicos describir exactamente cmo era el universo. 8os nuevos experimentos en el HC;B,

en el -rooM/aven ational 8aboratory, /an proporcionado a los físicos una luz en esta cortina

de alta energía, de tal manera que pueden observar directamente los tipos de comportamiento

que pueden /aber tomado lugar en ese instante."

En estas energías, los quarMs que componen los protones y los neutrones no estaban 2untos,

y una mezcla densa supercaliente de quarMs y gluones, con algunos electrones, era todo lo

que podía existir en los microsegundos anteriores a que se enfriaran lo suficiente para formar

el tipo de partículas de materia que observamos /oy en día.(

#ro$ogala%ias

 Artículo principal: 4rotogalaxia

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8os rpidos avances acerca de lo que pas después de la existencia de la materia aportan

muc/a informacin sobre la formacin de las galaxias. Se cree que las primeras galaxias eran

débiles Ngalaxias enanasN que emitían tanta radiacin que separarían los tomos gaseosos de

sus electrones. Este gas, a su vez, se estaba calentando y expandiendo, y tenía la posibilidad

de obtener la masa necesaria para formar las grandes galaxias que conocemos /oy.*

 1$

&es$ino final

 Artículo principal: estino +ltimo del ?niverso

El destino final del universo tiene diversos modelos que explican lo que suceder en funcin

de diversos parmetros y observaciones. e acuerdo con la teoría general de la relatividad el

destino final ms probable depender del valor auténtico de la densidad de materia, en

funcin de ese parmetro se bara2an dos tipos de finalesI

• El Big Crunch ':ran ;mplosin) que suceder si el universo tiene una densidad de

materia por encima de la densidad crítica, al punto de que sea capaz de decelerar su

expansin /asta detenerla y llegar a invertirla. 0sí la materia recondensaría en una gran

implosin guiada por la gravedad.

• El Big Rip ':ran desgarramiento) que sucer si eventualmente la densidad est por

deba2o de un valor crítico, los c+mulos de galaxias acabarían acercndose y formando

grandes agu2eros negros, del tipo que se supone existe en el centro de muc/as galaxias.

Esos agu2eros negros pueden considerarse como un rasgado o desgarramiento del

espaciotiempo.

 0 partir de los a&os 1**$ se comprob que el universo parece tener una expansin acelerada,

/ec/o que dentro de la relatividad general solo es explicable acudiendo a un mecanismo de

tipo constante cosmolgica. o se conoce si ese /ec/o puede dar lugar a un tercer tipo de

final.

Big Crunch o la 'ran Im"losión

 Artículo principal: -ig Brunc/

Es posible que el inmenso aro que rodeaba a las galaxias sea una forma de materia que

resulta invisible desde la >ierra. Esta materia oscura tal vez constituya el ** 7 de todo lo que

/ay en el universo.<cita requerida=

Si el universo es suficientemente denso, es posible que la fuerza gravitatoria de toda esa

materia pueda finalmente detener la expansin inicial, de tal manera que el universo volvería a

contraerse, las galaxias empezarían a retroceder, y con el tiempo colisionarían entre sí. 8a

temperatura se elevaría, y el universo se precipitaría /acia un destino catastrfico en el que

quedaría reducido nuevamente a un punto.

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 0lgunos físicos /an especulado que después se formaría otro universo, en cuyo caso se

repetiría el proceso. 0 esta teoría se la conoce como la teoría del universo oscilante.

Coy en día esta /iptesis parece incorrecta, pues a la luz de los +ltimos datos experimentales,

el ?niverso se est expandiendo cada vez ms rpido.

Big Rip o 'ran &esgarramien$o

 Artículo principal: -ig Hip

El 'ran &esgarramien$o o Teoría de la E$erna E%"ansión, llamado en inglés Big Rip, es

una /iptesis cosmolgica sobre el destino +ltimo del universo. Este posible destino final del

universo depende de la cantidad de energía oscura existente en el ?niverso. Si el universo

contiene suficiente energía oscura, podría acabar en un desgarramiento de toda la materia.

El valor clave es w , la razn entre la presin de la energía oscura y su densidad energética.

 0 w  P 1, el universo acabaría por ser desgarrado. 4rimero, las galaxias se separarían entre

sí, luego la gravedad sería demasiado débil para mantener integrada cada galaxia.

8os sistemas planetarios perderían su co/esin gravitatoria. En los +ltimos minutos, se

desbaratarn estrellas y planetas, y los tomos sern destruidos.

8os autores de esta /iptesis calculan que el fin del tiempo ocurriría aproximadamente

!,6Q1$1$ a&os después del -ig -ang, es decir, dentro de %,$Q1$1$ a&os.

?na modificacin de esta teoría denominada Big Freeze, aunque poco aceptada,

<cita requerida= afirma que el universo continuaría su expansin sin provocar un Big Rip.

Descripción físicaTama(o

 Artículo principal: ?niverso observable

5uy poco se conoce con certeza sobre el tama&o del universo. 4uede tener una longitud de

billones de a&os luz o incluso tener un tama&o infinito11 . ?n artículo de %$$!1% dice establecer

una cota inferior de %@ gigaparsecs '"( $$$ millones de a&os luz) para el tama&o del universo,

pero no /ay ninguna razn para creer que esta cota est de alguna manera muy

a2ustada (Véase fora del !niverso ".

El universo o#serva#le 'o visi#le), que consiste en toda la materia y energía que podía/abernos afectado desde el Big Bang  dada la limitacin de la velocidad de la luz, es

ciertamente finito. 8a distancia comvil al extremo del universo visible ronda los @D.6$$

millones de a&os luz en todas las direcciones desde la >ierra. 0sí, el universo visible se puede

considerar como una esfera perfecta con la >ierra en el centro, y un dimetro de unos *! $$$

millones de a&os luz.1! Cay que notar que muc/as fuentes /an publicado una amplia variedad

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de cifras incorrectas para el tama&o del universo visibleI desde 1! "$$ /asta 1($ $$$ millones

de a&os luz. (Véase universo o#serva#le ".

En el ?niverso las distancias que separan los astros son tan grandes que, si las quisiéramos

expresar en metros, tendríamos que utilizar cifras muy grandes. ebido a ello, se utiliza como

unidad de longitud el a&o luz, que corresponde a la distancia que recorre la luz en un a&o.

 0nteriormente, el modelo de universo ms com+nmente aceptado era el propuesto por 0lbert

Einstein en su Helatividad :eneral, en la que propone un universo Nfinito pero ilimitadoN, es

decir, que a pesar de tener un volumen medible no tiene límites, de forma anloga a la

superficie de una esfera, que es medible pero ilimitada. Esto era propio de un universo

esférico. Coy, gracias a las +ltimas observaciones realizadas por el L504 de la 0S0, se

sabe que tiene forma plana. 0unque no se descarta un posible universo plano cerrado sobre sí

mismo.

)orma Artículos principales: Aorma del ?niverso $  Estructura a gran escala del universo%

!niversu, :rabado Alammarion,xilografía, publicada en 4arís 1(((.

?na pregunta importante abierta en cosmología es la forma del universo. 5atemticamente,

qué !variedad representa me2or la parte espacial del universoF

Si el universo es espacialmente plano, se desconoce si las reglas de la geometría

Euclidiana sern vlidas a mayor escala. 0ctualmente muc/os cosmlogos creen que el

?niverso observable est muy cerca de ser espacialmente plano, con arrugas locales donde

los ob2etos masivos distorsionan el espaciotiempo, de la misma forma que la superficie de un

lago es casi plana. Esta opinin fue reforzada por los +ltimos datos del L504, mirando /acialas Noscilaciones ac+sticasN de las variaciones de temperatura en la radiacin de fondo de

microondas.1@

4or otra parte, se desconoce si el universo es conexo. El universo no tiene cotas espaciales

de acuerdo al modelo estndar del -ig -ang, pero sin embargo debe ser espacialmente finito

'compacto). Esto se puede comprender utilizando una analogía en dos dimensionesI la

superficie de una esfera no tiene límite, pero no tiene un rea infinita. Es una superficie de dos

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dimensiones con curvatura constante en una tercera dimensin. 8a !esfera es un equivalente

en tres dimensiones en el que las tres dimensiones estn constantemente curvadas en una

cuarta.

Si el universo fuese compacto y sin cotas, sería posible, después de via2ar una distancia

suficiente, volver al punto de partida. 0sí, la luz de las estrellas y galaxias podría pasar a

través del universo observable ms de una vez. Si el universo fuese m+ltiplemente conexo y

suficientemente peque&o 'y de un tama&o apropiado, tal vez comple2o) entonces posiblemente

se podría ver una o varias veces alrededor de él en alguna 'o todas) direcciones. 0unque esta

posibilidad no /a sido descartada, los resultados de las +ltimas investigaciones de la radiacin

de fondo de microondas /acen que esto parezca improbable.

*olor Bafé con lec/e csmico, el color del universo.

Cistricamente se /a creído que el ?niverso es de color negro, pues es lo que observamos almomento de mirar al cielo en las noc/es despe2adas. En %$$%, sin embargo, los

astrnomos Rarl :lazebrooM e ;van -aldry afirmaron en un artículo científico que el universo

en realidad es de un color que decidieron llamar café con lec/e csmico.16 1D Este estudio se

bas en la medicin del rango espectral de la luz proveniente de un gran volumen del

?niverso, sintetizando la informacin aportada por un total de ms de %$$.$$$ galaxias.

+omogeneidad e iso$ro"ía

Aluctuaciones en la radiacin de fondo de microondas, &agen 'AA)*+A,%

5ientras que la estructura est considerablemente fractalizada a nivel local 'ordenada en una

 2erarquía de racimo), en los rdenes ms altos de distancia el universo es muy /omogéneo. 0

estas escalas la densidad del universo es muy uniforme, y no /ay una direccin preferida o

significativamente asimétrica en el universo. Esta /omogeneidad e isotropía es un requisito de

la 5étrica de Ariedman8ema9treHobertsonLalMer  empleada en los modelos cosmolgicos

modernos.1"

8a cuestin de la anisotropía en el universo primigenio fue significativamente contestada por

el L504, que busc fluctuaciones en la intensidad del fondo de microondas.1( 8as medidas

de esta anisotropía /an proporcionado informacin +til y restricciones sobre la evolucin del

?niverso.

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Casta el límite de la potencia de observacin de los instrumentos astronmicos, los ob2etos

irradian y absorben la energía de acuerdo a las mismas leyes físicas a como lo /acen en

nuestra propia galaxia.1* -asndose en esto, se cree que las mismas leyes y constantes

físicas son universalmente aplicables a través de todo el universo observable. o se /a

encontrado ninguna prueba confirmada que muestre que las constantes físicas /ayan variadodesde el Big Bang .%$

*om"osición

El universo observable actual parece tener un espaciotiempo geométricamente plano,

conteniendo una densidad masaenergía equivalente a *,* Q 1$!$ gramos por centímetro

c+bico. 8os constituyentes primarios parecen consistir en un "! 7 de energía oscura, %! 7

de materia oscura fría y un @ 7 de tomos. 0sí, la densidad de los tomos equivaldría a un

n+cleo de /idrgeno sencillo por cada cuatro metros c+bicos de volumen.%1 8a naturaleza

exacta de la energía oscura y la materia oscura fría sigue siendo un misterio. 0ctualmente se

especula con que el neutrino, 'una partícula muy abundante en el universo), tenga, aunque

mínima, una masa. e comprobarse este /ec/o, podría significar que la energía y la materia

oscura no existen.

urante las primeras fases del Big Bang , se cree que se formaron las mismas cantidades de

materia y antimateria. 5ateria y antimateria deberían eliminarse mutuamente al entrar en

contacto, por lo que la actual existencia de materia 'y la ausencia de antimateria) supone una

violacin de la simetría B4 (Véase Violaci-n C,  ", por lo que puede ser que las partículas y las

antipartículas no tengan propiedades exactamente iguales o simétricas,%% o puede que

simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorezcan la supervivencia de la materia

frente a la antimateria.%! En este mismo sentido, también se /a sugerido que quizs la materia

oscura sea la causante de la bariogénesis al interactuar de distinta forma con la materia que

con la antimateria.%@

 0ntes de la formacin de las primeras estrellas, la composicin química del universo consistía

primariamente en /idrgeno '"6 7 de la masa total), con una suma menor de /elio@ '@Ce)

'%@ 7 de la masa total) y el resto de otros elementos.%6 ?na peque&a porcin de estos

elementos estaba en la forma del istopo deuterio 'TC), /elio! 'UCe) y litio '"8i).%D8a materia

interestelar  de las galaxias /a sido enriquecida sin cesar por elementos ms pesados,

generados por procesos de fusin en la estrellas, y diseminados como resultado de lasexplosiones de supernovas, los vientos estelares y la expulsin de la cubierta exterior de

estrellas maduras.%"

El Big Bang  de2 detrs un flu2o de fondo de fotones y neutrinos. 8a temperatura de la

radiacin de fondo /a decrecido sin cesar con la expansin del universo y a/ora

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fundamentalmente consiste en la energía de microondas equivalente a una temperatura de

%,"%6 R.%( 8a densidad del fondo de neutrinos actual es sobre 16$ por centímetro c+bico.%*

Véase ta#ién:  0bundancia de los elementos químicos

Es$ruc$ura cu,n$ica

Seg+n la física moderna, el ?niverso es un sistema cuntico aislado, un campo unificado de

ondas que entra en deco/erencia al tutor de la observacin o medicin. En tal virtud, en +ltima

instancia, el entorno del ?niverso sería no local y no determinista