¿Qué lugar ocupamos en el Universo?

Es importante saber el lugar en el que estamos los humanos para poder mirar con perspectiva la posición que ocupamos en el universo, tanto en tiempo como en espacio, y así poder hacer observaciones del cosmos en su conjunto.

Primera foto de la Tierra en color. Fue tomada por la misión Apollo 8 orbitando alrededor de la Luna.

“Earthrise”: La primera foto de la Tierra en color. Fue tomada por la misión Apollo 8 orbitando alrededor de la Luna.

Los humanos vivimos en un planeta rocoso. Este planeta rocoso esta formado por multitud de elementos químicos, algunos de ellos tienen números atómicos (número de protones en su núcleo) mayores que el Hierro. Esto es importante. Todos los elementos químicos más pesados que el Hidrógeno y pequeñísimas cantidades de Helio primigenio, han sido formadas en las estrellas, es lo que hace una estrella, convertir mediante reacciones de fusión elementos ligeros en otros elementos más pesados, liberando la energía emitida que podemos observar en las estrellas, las estrellas “brillan” por tal motivo. En las distintas etapas de las estrellas se realizan estos procesos en los que se van convirtiendo elementos cada vez más pesados hasta llegar al Hierro. Una vez se alcanza esta etapa, el tipo de estrellas que producen Hierro (solo lo pueden alcanzar las estrellas más masivas) explotan en forma de supernova. ¿Cómo es posible entonces que se existan elementos más pesados que el Hierro?, pues precisamente esas explosiones de supernova liberan cantidades tan grandes de energía que consiguen fusionar átomos para producir elementos más pesados que el Hierro, procesos que no liberan energía sino que la requieren y toman parte de la energía producida en la explosión para fusionarse. Observando que en la Tierra tenemos elementos como Oro, Plata, Uranio, Torio…, (de hecho el 80% del calor en el interior de la Tierra, responsable de que el manto sea fluido, proviene de la desintegración de elementos radiactivos, el otro 20% es calor remanente de la formación primigenia de la Tierra), podemos asegurar que la formación de la Tierra y el Sistema Solar en su conjunto estuvo precedido de una explosión de supernova, es decir, todos los materiales que existen y de los que nosotros mismos estamos formados fueron expulsados por un gran orgasmo cósmico, dando una gran riqueza de elementos en nuestro entorno planetario. Bien es verdad que lo que se piensa actualmente es que esa explosión y sus restos se mezclaron con una nube de gas, desestabilizándola y haciéndola colapsar gravitatoriamente en lo que es hoy el Sistema Solar. Nuestro Sol por tanto es una estrella “hija”, de otra estrella que fue mucho más masiva y que explotó en forma de supernova.

Remanente de supernova CassiopeaA. Se cree que la explosión tuvo lugar hace unos 300 años, pero no fue observada en la Tierra por polvo interestelar que ocultó la luz en longitudes de ondas del visible, únicas posibles observadas en aquella época mediante telescopios ópticos.

Remanente de supernova CassiopeaA. Se cree que la explosión tuvo lugar hace unos 300 años, pero no fue observada en la Tierra por polvo interestelar que ocultó la luz en longitudes de ondas del visible, únicas posibles observadas en aquella época mediante telescopios ópticos.

Nuestro Sol es una estrella de tamaño normal, el tamaño más corriente dentro de todos los tipos de estrellas que hay, que se diferencian y clasifican casi exclusivamente por su masa. La estrella más cercana a nosotros es Próxima Centauri a unos 4 años-luz, una pequeña estrella que forma parte de un sistema triple (tres estrellas orbitándose mutuamente), y que recientemente se ha descubierto que una de ellas, Alfa Centauri B, tiene un planeta orbitándola, es por tanto el planeta extrasolar más cercano descubierto, y que lo seguirá siendo a menos que se descubra otro planeta en el mismo sistema estelar.

A su vez el Sol está en un brazo espiral de nuestra galaxia, a unos 3/4 de radio del centro galáctico. Todas las estrellas que vemos a simple vista en el cielo son estrellas que están relativamente cerca de nosotros, y todas ellas están en la galaxia en la que nos encontramos, la Vía Láctea. Es por tanto un error que a veces se comete, atribuir las estrellas que vemos a simple vista a otras galaxias, esto no es cierto, todo lo que podemos observar en una noche de cielo estrellado con nuestros ojos son nuestras estrellas vecinas dentro de nuestra galaxia y la propia Vía Lactea, incluso dependiendo de donde miremos y la calidad del cielo podemos observar otras galaxias como las nubes de magalles, que son galaxias enanas que están orbitando a la Vía Láctea o la galaxia de Andrómeda, que es la galaxia más cercana a nosotros y muy parecida a la nuestra por morfología y tamaño, y que tiene un tamaño aparente prácticamente como el de la Luna, aunque mucho menos brillante a nuestros ojos.

Cielo de Namibia con la Vía Láctea y las nubes de magallanes.

Cielo de Namibia con la Vía Láctea y las nubes de magallanes.

La galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea junto con otras 30 galaxias enanas forman el llamado Grupo Local, que a su vez forman parte del Cúmulo de Virgo que contiene unas 1500 galaxias. Los cúmulos de galaxias son las primeras estructuras a nivel cosmológico. Son agrupaciones de galaxias del orden de 1000 que forman una agrupación rodeadas de un relativo vacío y que a su vez se agrupan en lo que se llaman Supercúmulos de galaxias, agrupaciones de miles y millones de galaxias en lo que se llama la estructura a gran escala del universo. La estructura a gran escala se considera el último tipo de agrupaciones de galaxias, ya que a partir de este nivel el universo nos aparece como isótropo. Esto significa que miremos en la dirección en la que miremos, el universo tiene la misma pinta, por lo que una estructura mayor no tiene sentido, solo existen agrupaciones de Supercúmulos en estructuras filamentosas que recuerdan muchas veces a la estructura de las células neuronales de nuestro cerebro.

Estructura a gran escala del universo

Simulación de la estructura a gran escala del universo realizada por computación.

Existe una característica importante acerca del universo observable, y es que la velocidad de la luz no es infinita, sino que tiene un valor, concretamente unos 300,000 km/s. Todo lo que podemos ver en el universo es luz que nos llega de diferentes lugares, por lo que desde el momento en que se emite, hasta que nosotros la vemos, ha pasado un tiempo determinado. Ese tiempo es proporcional con la distancia, esto es, cuanto más lejos está algo, más tiempo tarda la luz en llegar a nosotros. Por ejemplo, la luna se encuentra a unos 380,000 km de nosotros, por lo que cuando vemos la luna no es la luna en ese momento, sino hace un segundo. O el Sol, que se encuentra a una distancia de 150 millones de km, el Sol lo vemos con un retraso de unos 8 minutos. Para cuerpos cercanos esto no tiene ninguna importancia, pero para grandes distancias como puede ser la que hay entre nuestra galaxia y la de Andrómeda, que se encuentra a 2,5 millones de años-luz, esto empieza a ser relevante, pues cuando miramos Andrómeda, lo que vemos no es como es realmente, sino como era hace 2,5 millones de años. Por esta razón, viajar por el espacio con nuestras observaciones es viajar también en el tiempo, pues podemos observar objetos que se encuentren a distancias enormes, y lo que estamos viendo realmente es como eran esos objetos hace miles de millones de años, y en el lugar en que se encontraban en ese momento. Esto nos permite, haciendo observaciones de espacio profundo, poder observar como era el universo primitivo, y viendo en las diferentes escalas de distancias como evoluciona en el tiempo el universo, factor muy importante para comprender las morfologías y características de la fauna galáctica en la actualidad.

Mapa de distribución de 200,000 galaxias en función de la distancia (redshift) y la dirección de observación tomadas por el galaxy redshift survey.

Mapa de distribución de 200,000 galaxias en función de la distancia (redshift) y la dirección de observación tomadas por el galaxy redshift survey.

En la imagen anterior podemos observar un mapa de nuestro entorno a nivel de estructura de gran escala. Conforme se alcanzan distancias mayores la estructura parece difuminarse, esto no es porque desaparezca, sino porque las galaxias más lejanas son las más difíciles de observar, y a esas distancias únicamente podemos observar las galaxias mas brillantes, las más débiles no podemos apreciarlas a distancias tan enormes, es por eso que ese mapeo parece difuminarse cuando en realidad la estructura se prolonga indefinidamente. Además vemos que existen solo unos conos o direcciones en las que se han realizado las mediciones de las distancias de las galaxias, cuando en principio el mapa de distribución debería ser esférico, para cualquier dirección de observación. Esto es debido a que nuestra propia galaxia nos impide ver a través de ella, y en las zonas en donde se encuentra el disco galáctico, la opacidad del mismo no nos deja ver más allá. En el dibujo, el plano de nuestra galaxia se encontraría en la vertical, en la coordenada 0h-12h, ya que las coordenadas utilizadas en el gráfico son coordenadas galácticas en las que nuestra galaxia se encuentra en esa dirección 0h-12h.

Y es importante recalcar que en cualquier otro punto del universo, el aspecto que debe mostrar es el mismo que el que tiene desde nuestra Tierra, es decir, la Tierra no es un lugar privilegiado en el cual este aspecto solo es observado por nosotros en nuestra perspectiva, sino que todos los puntos del universo tendrán igual perspectiva que la nuestra.

Fondo cósmico de microondas observado desde la Tierra.

Fondo cósmico de microondas observado desde la Tierra.

Existe una estructura adicional del universo, y con características peculiares, que es el fondo cósmico de microondas, CMB por sus siglas en inglés (cosmic microwave background). Este fondo tiene una estructura que está relacionada directamente con el universo primitivo. Después de la gran explosión, el universo era una sopa muy caliente formada principalmente por protones, electrones, fotones y otras partículas que no se encontraban ligadas, sino un simple amalgama sin estructuras atómicas de alta temperatura llamado plasma. Debido a las altas temperaturas los fotones no podían atravesar ese material, sufrían una dispersión que hacía que el medio fuese opaco. Cuando esa sopa alcanzó una temperatura suficientemente fría, debido principalmente a la propia expansión del espacio-tiempo y a unos 380,000 años después del big bang, los protones y electrones se combinaron y eso permitió a los fotones moverse libremente, es decir, el medio se hizo transparente. La radiación que nos llega de ese momento en el que el universo se hizo transparente es el fondo cósmico de microondas, y es una especia de fotografía del estado del universo en aquel momento. Aunque en el mapa del CMB se observan diferentes intensidades, esas diferencias realmente son muy pequeñas y están exageradas en el diagrama, siendo el fondo CMB bastante homogéneo en todas las direcciones de observación. El fondo cósmico de microondas se puede decir que es lo más lejos en el tiempo y en el espacio que podemos mirar, no podemos obtener imágenes o luz de momentos anteriores del universo, pues el universo era opaco y no dejaba ver la luz, solo nos queda hacer predicciones teóricas u observaciones indirectas sobre lo que pudo pasar antes. La importancia del fondo cósmico de microondas en la cosmología es crucial, existen en este momento satélites mapeando sus propiedades que están directamente relacionadas con las propiedades intrínsecas de la geometría y evolución del universo.

Finalmente un vídeo del American Museum of Natural History de 2009 sobre toda la parte de universo que actualmente conocemos a escala real. Da vértigo:

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Una respuesta a ¿Qué lugar ocupamos en el Universo?

  1. Anónimo dijo:

    alguien me puede decir en que lugar ocupa la tierra en el universo

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