El Big Bang

El suceso más antiguo que puede datarse en el universo que conocemos se remonta a unos 14.000 millones de años. En este primer instante, toda la energía (y todo el espacio) del universo se encontraba concentrada en un punto, origen de una gran explosión (el Big Bang).


Durante los primeros segundos, la temperatura era de más de un billón de grados y toda la energía se hallaba en forma de radiación. Durante los primeros 10 segundos se formaron las partículas elementales y al cabo de 15 minutos se formaron núcleos de hidrógeno y helio, en proporción de cuatro a uno. Unos 10.000 años después, la temperatura había descendido a unos 100.000 grados y se formaron los primeros átomos de hidrógeno. Al cabo de unos 400.000 años, el hidrógeno empezó a condensarse en nubes (las futuras estrellas), las cuales a su vez se agrupaban en cúmulos mayores (las futuras galaxias).

Hace 11.000 millones de años, la temperatura del universo era de unos 3.000 grados, y se formaron las primeras estrellas: la gravedad hizo que los núcleos de muchas nubes de hidrógeno alcanzasen temperaturas elevadas, del orden de 15 millones de grados, lo que permitió la fusión del hidrógeno en helio, proceso que origina la emisión luminosa de las estrellas.

Cuando las estrellas agotan el hidrógeno del núcleo, son capaces de seguir generando energía fundiendo a su vez el helio en materiales más pesados. De este modo, en los núcleos de las primeras estrellas se formaron todos los elementos químicos que hoy existen en la Tierra. En las estrellas más grandes, este proceso genera cada vez más energía, hasta que llega un momento en que la gravedad no es capaz de contenerla y la estrella explota lanzando al espacio gran parte de su materia. Esto sucede a una edad diferente según la masa de cada estrella.

Las explosiones de estrellas llenaron el espacio de nuevas nubes de gas (esta vez relativamente rico en toda la gama de elementos químicos), a partir del cual se formaron nuevas estrellas, las llamadas estrellas de segunda generación, entre las cuales se encuentra el Sol.

¿Sabías que?
En el universo todo se mueve. La Luna gira en torno a la Tierra; esta, alrededor del Sol. El Sol gira con la Vía Láctea. Y esta se aleja de otras galaxias en el proceso de “expansión del universo”.

La gran explosión inicial

Como ya se señaló, la “teoría de la expansión del Universo” postulada por Edwin Hubble en 1929 determinó que las galaxias estaban más cerca en el pasado. Hace 14 mil millones de años todas deben haber estado concentradas en un mismo punto, y como un gas al expandirse se enfría, así el Universo, en su proceso de expansión, debe estarse enfriando.
En el pasado, la temperatura del Universo deber haber sido mucho mayor; y si retrocedemos al punto donde todo estaba concentrado en un volumen mínimo, la temperatura debe haber sido altísima.
Elementos químicos
El cosmologista belga Georges Lemaître y el físico ruso-estadounidense George Gamow (1904-1968) propusieron que el Universo había empezado con un gran estallido: el Big Bang.
La explosión habría afectado al átomo primitivo o huevo cósmico, que poseía una altísima densidad y una elevada temperatura. Y aunque la teoría había sido enunciada ya en los años 30 del siglo pasado, lo que Gamow intentó fue desarrollar una explicación a partir de las reacciones nucleares de los primeros instantes de la explosión, cuando se habrían formado todos los elementos químicos en la proporción que se los conoce en el cosmos.
En los últimos años quedó claro para los astrónomos que es muy probable que el hidrógeno (H) y el helio (He) se hayan creado en el momento inicial del Universo. Pero el resto de los elementos químicos se formó en el interior de las estrellas y en las supernovas (ver glosario). Por este motivo, el planteamiento de Gamow fue desestimado y cayó en el olvido por varios años.
Aunque la “teoría del Big Bang” no pudo ser probada a través de los estudios sobre los elementos químicos, las ondas de radio le brindaron otra oportunidad. En 1964 los astrónomos Arno Penzias –físico alemán nacionalizado estadounidense y nacido en 1933– y Robert Wilson –nacido en Estados Unidos en 1936–, que realizaban observaciones en el laboratorio de la Bell Telephone en Estados Unidos, descubrieron que utilizando una antena especial podían captar un ruido de fondo en la banda de las ondas de radio. El ruido parecía provenir de todas partes del Universo, y de inmediato fue identificado como la radiación remanente de la gran explosión inicial.
Como las ondas radiales son solo una referencia a partir de la cual pueden deducirse muchos otros procesos físicos, fueron utilizadas para calcular la temperatura actual del Universo. Se estableció así que la radiación recibida corresponde a la misma que emite un cuerpo a 3ºK (-270ºC); por lo tanto, esa sería la temperatura del cosmos después de haberse expandido y el termómetro aún seguirá bajando.
Arno Penzias y Robert Wilson recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento, que definitivamente estableció la teoría de Gamow sobre el Big Bang. Este aporte científico, conocido como radiación de fondo, es el único perfectamente verificado que respalda la teoría de la explosión primitiva.

Glosario
Supernova: explosión que sufren las estrellas gigantes rojas, con un repentino aumento de luminosidad de miles de millones de veces y una enorme liberación de energía.

El nacimiento del Universo

Desde épocas muy remotas, distintos pueblos han alzado sus ojos hacia el cielo tratando de descifrar los misterios que plantean los astros. Las explicaciones de los fenómenos celestes han abundado desde la Prehistoria, pasando por las culturas de la Antigüedad Clásica, hasta nuestros días. Mientras las primeras teorías se basaban en mitos y leyendas más o menos fantasiosas, las actuales se fundamentan en los resultados obtenidos por ramas de la ciencia moderna tales como la física, la astrofísica o la cosmología (ver recuadro).
Conocer y distinguir los diferentes cuerpos que pueblan el espacio, sean cercanos, como los planetas y sus satélites, o lejanos, como es el caso de las galaxias (ver glosario) o cúmulos de galaxias, es el objeto de la astronomía, considerada con justicia la ciencia más antigua.
Debido a su carácter eminentemente observacional, por la imposibilidad de experimentar con los cuerpos celestes, se sirve de una serie de instrumentos, como los telescopios, para captar las diferentes radiaciones procedentes del espacio y determinar de este modo la composición, origen y el comportamiento de los cuerpos que lo pueblan.
Con la ayuda de la física, estas informaciones permiten deducir cuál es el estadio evolutivo en que se encuentran estos objetos y cuál será su previsible evolución en el futuro. La extrapolación de este panorama a gran escala permite hacer lo propio con el Universo. A esta disciplina, conocida como cosmología, dedican en la actualidad sus esfuerzos un gran número de científicos, con la esperanza de averiguar de dónde venimos y hacia dónde vamos.
Lo que sabemos hoy
Tras cientos de años de investigación, ¿qué sabe hoy la ciencia sobre el Universo, su forma, su movimiento, su edad? ¿Conoce quién llenó el espacio de cuerpos celestes y fijó sus movimientos? ¿Comprende cómo se inició todo esto?
No todas las interrogantes están resueltas, pero el avance en el campo de la física y de la astronomía es evidente. Algunos postulados han sido comprobados, con lo que las bases para seguir adelante en la investigación se han consolidado.

Glosario
Planeta: cuerpo celeste que carece de luz y que orbita alrededor de una estrella.
Satélite: cuerpo celeste opaco que gira alrededor de un planeta.
Galaxia: sistema de estrellas, planetas, polvo cósmico y gases unidos por atracción gravitacional (los cuerpos se atraen entre sí).
Las ciencias del espacio
La astronomía estudia el Universo como un todo, así como los diversos entes que lo componen: estrellas de diversas clases con sus planetas y satélites que, junto con la materia interestelar, forman las galaxias, que a su vez al agruparse forman cúmulos de galaxias y super cúmulos. El astrónomo describe los cuerpos celestes, estudia su composición y analiza tanto las relaciones que mantienen entre sí como su evolución en el tiempo.
La astronomía se divide en astronomía clásica y astrofísica. Las ramas de la primera son: la astronomía de posición –también llamada astrometría o astronomía esférica–, que se ocupa de la localización de los astros mediante el establecimiento de distintos sistemas de coordenadas de espacio y tiempo, y la mecánica celeste, que estudia el movimiento de los planetas, satélites y otros astros, y se basa fundamentalmente en la ley de la gravitación universal de Newton.
La astrofísica aplica al estudio de los astros las teorías y técnicas surgidas en la física básicamente desde principios del siglo XX, como las técnicas de la fotometría, la espectroscopia y el análisis de las ondas de radio emitidas por los cuerpos celestes o radioastronomía.
Dentro de la astrofísica se distingue la física de las estrellas o estelar, que es el estudio de su estructura y composición; la cosmogonía, que trata el origen y la evolución de todos los cuerpos celestes, y la cosmología, que estudia la estructura y la evolución del Universo como un todo.