HACIA EL CONFIN DEL UNIVERSO

La vida apareció en la Tierra 10.000 millones de años después del Big Bang, pero seguramente existía de alguna forma en las galaxias más antiguas, solo unos 400 millones de años después de la formación del Universo.

Hay evidencias indirectas de que la vida que conocemos no comenzó en la Tierra, afirma el astrofísico Ethan Siegel, sino que existía antes de la formación de la Tierra.

La Tierra se originó hace unos 4.500 millones de años, donde surgió la vida hace 3.800 millones de años: ocurrió 700 millones de años después de la formación de nuestro planeta y casi 10.000 millones de años después del Big Bang.

Siegel destaca también que la vida no se pudo originar inmediatamente después del surgimiento del universo, pero que tampoco necesitó esos 10.000 millones de años para emerger por primera vez.

De hecho, pudo surgir mucho antes, unos cientos de millones de años después del Big Bang, calcula Siegel. Otras estimaciones, realizadas por astrónomo sueco René Liseau, apuntan a que la primera vida podría haber aparecido cuando el universo tenía menos de 100 millones de años.

El afamado astrónomo de Harvard, Avi Loeb, va incluso más lejos: estima que la primera forma de vida pudo surgir solo unos 50 millones de años después del Big Bang, cuando las primeras estrellas desarrollaron la nucleosíntesis estelar: fusión del hidrógeno en helio y después en carbono. El carbono y otros elementos formados por este proceso son fundamentales para la vida.

Loeb añade algo no menos sorprendente: la vida podría surgir también en el futuro, sin ninguna relación directa con la Tierra, en planetas que orbitan alrededor de estrellas enanas, como Proxima Centauri, situada a solo 4,22 años luz de nosotros. En cualquier caso, está asumido que en el más remoto pasado se dieron oportunidades para la vida en los centros de las galaxias más antiguas.

La galaxia más antigua conocida se formó 400 millones de años después del Big Bang, cuando solo existía el tres por ciento de todo el universo. Puede ser considerada una referencia temporal de la aparición de la vida, unos 9.000 millones de años antes de que surgiera en la Tierra. Incluso hoy apreciamos enormes cantidades de moléculas orgánicas complejas en el espacio que rodea los centros de las galaxias de la Vía Láctea (unas cinco mil), o en los entornos donde se están formando futuras estrellas.

Suponemos que esas moléculas orgánicas complejas, precursoras de la vida, están también en galaxias que están más allá de la Vía Láctea (unos dos billones), pero tenemos más dificultades técnicas para reconocerlas. Otro factor a tener en cuenta: aunque damos por hecho que el agua es el único líquido que puede sustentar la vida, no podemos descartar que en el universo primitivo pudo haber otros líquidos tal vez capaces de acogerla.

El proyecto de investigación sobre el universo temprano Cosmic Evolution Earley Release Science (CEERS) que utiliza las capacidades del Telescopio Espacial James Webb al fin muestra sus resultados. Meses de monitoreo en lo más distante del universo visible se usaron para crear una corta pero impresionante visualización que resume un viaje por cinco mil galaxias en tercera dimensión rumbo al pasado.

El video corresponde a la Franja de Groth Extendida, una pequeña región del firmamento que se encuentra en medio de las constelaciones de la Osa Mayor y Bootes. La línea cuenta con 100 mil galaxias identificadas, pero la visualización construida por el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial solo toma como referencia el 5% de ellas.

A medida que el usuario avanza en el video, puede observar galaxias más distantes y por tanto, retrocede en el tiempo hasta llegar a las etapas más tempranas del universo. Recordemos que la información del universo primitivo está, ahora mismo, presente y disponible en la medida en que contemos con los instrumentos de captación de luz lo suficientemente sofisticados. La luz tiene una velocidad finita de 3,000 km/s. Por eso, observar un objeto que se encuentra a un año luz de distancia es observar cómo era ese objeto hace un año. Más precisamente, es observar la luz que ese objeto emitió o reflejó hace un año. 

Los instrumentos capaces de captar la luz proveniente de objetos que se encuentran a miles de años luz de distancia están observando, literalmente, cómo eran esos objetos hace milenios. Según las anotaciones de la NASA, cada segundo del video equivale a viajar 200 millones de años luz. Equivale, por lo tanto, a “ver 200 millones de años más en el pasado”.

“Este observatorio (el James Webb) simplemente abre todo este período de tiempo para que lo estudiemos. Antes no podíamos estudiar galaxias como la de Maisie porque no podíamos verlas. Ahora no solo podemos encontrarlos en nuestras imágenes, sino que también podemos descubrir de qué están hechos y si difieren de las galaxias que vemos cerca”, aclaró Rebecca Larson, investigadora miembro del CEERS...

UNIVERSO A GRAN ESCALA

 

El universo a gran escala es un vasto, gigantesco y asombroso lugar, mucho más grande de lo que nuestra mente puede llegar imaginar. Contiene todo lo que conocemos, desde las estrellas que brillan en el cielo nocturno hasta las galaxias que se agrupan en cúmulos y supercúmulos, es un todo que no cabe en nuestra mente.

Imaginar que viajamos lejos de la Tierra, alejándonos más y más del Sistema Solar. A medida que nos adentremos en el espacio, comenzaremos a notar que los objetos celestes a nuestro alrededor se van distanciando. Las estrellas, que suelen parecer puntos cercanos, ahora se esparcen por todas direcciones. Pronto nos damos cuenta de que las estrellas no están dispersas al azar, sino que se agrupan en galaxias gigantescas.

Las galaxias son enormes conjuntos de estrellas, planetas, gas, polvo y materia oscura que están unidas por la gravedad. Algunas son pequeñas, con solo unos pocos miles de millones de estrellas, mientras que otras son gigantes, conteniendo trillones de estrellas. Algunas galaxias son espirales, como nuestra propia Vía Láctea, mientras que otras son elípticas o irregulares.

Continuando nuestro viaje, llegamos a una vista impresionante: los cúmulos de galaxias. Estas enormes agrupaciones contienen cientos o miles de galaxias, todas unidas por la gravedad. Son como ciudades de estrellas que se congregan en el espacio.

Sin embargo, incluso los cúmulos de galaxias no son el límite. Existe una estructura aún más grande y misteriosa llamada supercúmulos. Estos gigantes están formados por múltiples cúmulos de galaxias que se agrupan entre sí. Algo así como una inmensa telaraña cósmica que conecta diferentes partes del universo.

Pero la expansión del universo no se detiene aquí. Aún hay más por descubrir. A escalas aún mayores, encontramos enormes vacíos cósmicos, vastas extensiones del espacio con muy poca materia. En estas regiones, la gravedad es lo suficientemente débil como para que la materia se aleje y forme vacíos gigantes. Por encima de esto, parece que no hay ninguna estructura continuada, un fenómeno que ha sido conocido como el Final de la Grandeza, y que es una clara prueba del principio cosmológico, este dice que gran escala el Universo es homogéneo e isótropo, es decir que se cumple las mismas propiedades en todas las direcciones que observemos.

Una de las preguntas más intrigantes de la astrofísica a gran escala es la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura. Estas son dos formas de materia y energía que no podemos ver directamente, pero que sabemos que juegan un papel fundamental en la estructura y evolución del universo.

En resumen, el universo a gran escala es un vasto y complejo tejido cósmico que se extiende en todas las direcciones. Está lleno de galaxias, cúmulos y supercúmulos que forman una red cósmica interconectada. A través de la investigación y la observación, los astrónomos continúan desentrañando los misterios de este asombroso escenario, ayudándonos a comprender nuestro lugar en el cosmos y las maravillas que nos rodean...

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DEL ATOMO A LAS CUERDAS

Aunque el modelo estándar explica perfectamente cómo está hecho el universo a las escalas en que se maneja, también tiene sus lagunas. Una de ellas es, por ejemplo, que nadie sabe por qué sólo hay tres familias de quarks y tres de leptones, y no 4 o 12 o 20.

Ahora bien, ¿hay algo detrás del modelo estándar? ¿Son los quarks los ladrillos del universo o están hechos de cosas más pequeñas? Eso no se sabe. Hay varias ideas, pero todavía no podemos decantarnos por ninguna. Lo que sí tenemos claro es que el modelo estándar, en el rango que alcanzan nuestros aceleradores, es esencialmente correcto. No se sabe qué hay detrás de los quarks pero se puede escuchar a los físicos teóricos hablar de cuerdas o supersimetría. Ir más allá del modelo estándar es uno de los retos más importantes de la física de lo muy pequeño.

Las cuerdas, ¿una teoría de todo?

La teoría de cuerdas nace a finales de la década de 1960 de manos del italiano Gabriele Veneziano como intento de explicación de la interacción fuerte, la fuerza que mantiene unidos los quarks dentro de protones y neutrones. Entre 1984 y 1985 se descubre que la olvidada propuesta de Veneziano es una teoría consistente para describir las cuatro fuerzas de la naturaleza –la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil– como producto de unos objetos unidimensionales, las cuerdas.

A finales del siglo XX los físicos teóricos estaban (casi) convencidos de que estaban ante una teoría que describía la estructura última de la materia. Querer imaginar las cuerdas es como querer imaginar un punto matemático; es imposible. Además son inimaginablemente pequeñas. Por hacernos una vaga idea. La Tierra es diez a la veinte veces más pequeña que el universo, y el núcleo atómico es diez a la veinte veces más pequeño que la Tierra. Pues bien, una cuerda es diez elevado a la veinte veces más pequeña que el núcleo atómico.

Así nació el mito de una Teoría de Todo. Aunque más bien habría que hablar teorías, pues entonces había cinco en funcionamiento con formulaciones diferentes. En 1995 se demostró que esas cinco teorías no eran más que diferentes aspectos de una única, bautizada como Teoría M. Es como un puzzle del que se tienen cinco piezas, no se sabe dónde están las otras ni cuál es el aspecto completo del mismo. Eso sí, no te agobies si no eres capaz de imaginarlo, ni tan siquiera si no puedes comprenderlo. A los físicos teóricos también les pasa lo mismo.

¿Cuál es la partícula más abundante del universo?

La física de hoy no es tan sencilla como la de antaño. No sólo porque la descripción matemática de los fenómenos naturales se haya vuelto más complicada; también porque resulta cada vez más difícil de imaginar. Esto es debido a que cada vez nos vamos alejando más y más de los objetos de nuestra experiencia cotidiana. Por ejemplo, nuestra vieja amiga la gravedad, o la fuerza electromagnética, o las más desconocidas fuerzas nuclear fuerte y débil, han dejado de ser fuerzas para convertirse en campos. La gravedad deja de ser una fuerza que tira de ti. Esa cosa fantasmal que hace caer una piedra pasa a convertirse en algo mucho más abstracto: un campo, una modificación de la estructura del espacio que nos rodea. Como nosotros nos movemos dentro de ese espacio, su estructura, su forma, nos influye y nos obliga a actuar de cierta manera. 

¿Son las cuerdas el componente último de la materia?

Si llegados a este punto de abstracción la cabeza empieza a darnos vueltas, peor lo pasaremos con el siguiente nivel de abstracción. En este segundo piso de lo que podrían ser los grandes almacenes de la física teórica, el objeto de estudio son unas cosas llamadas grupos de simetría mediante los cuales se relacionan esos campos –antes fuerzas– y las partículas. En el tercer piso se encuentra la planta donde los grupos de simetría se interpretan como estados de un espacio, no de tres ni de cuatro ni de cinco dimensiones, sino de diez dimensiones. Y en la cuarta, el culmen del nivel de abstracción matemática, se encuentra el mundo donde viven las cuerdas. Estos objetos se definen a través de su comportamiento esos estados que provocan la aparición de los grupos de simetría que a su vez relacionan las fuerzas con la materia, y que a su vez explican el comportamiento de las partículas subatómicas y los átomos. Por este motivo, decir que una cuerda es una curva ondulante que se mueve en un espacio de diez.

Las cuerdas, dicen los teóricos, son los objetos fundamentales del universo; no son puntuales sino alargados y sin grosor: sólo tienen una dimensión. Las partículas subatómicas que observamos en la naturaleza son modos de vibración de esas cuerdas, como las notas musicales lo son de las cuerdas de una guitarra. Todas las fuerzas de la naturaleza se pueden entender como interacciones entre cuerdas. ¿Cómo imaginarlas? La mejor descripción la dio Freeman Dyson: un cordel de esparto culebreando en una habitación a oscuras...