Satélite COBE y teoría Big Bang
1993/09/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
Datos del satélite COBE
Para aclarar la evolución que ha tenido el universo desde su creación, para la mayoría de los astrónomos no hay más que una teoría Big Bang. Según esta teoría, de casi todo el siglo, el universo nació hace quince mil millones de años con una gran explosión. A medida que ha ido apareciendo pruebas teóricas, ha ido tomando fuerza, aunque también ha habido incidentes y enemigos.
En 1989, el 18 de noviembre, el DNA puso en órbita el satélite COBE (“Cosmic Background Explorer” o “Explorador del Fondo Cosmo”) para investigar el cielo. Durante un periodo de tiempo ha enviado datos dudosos, pero el año pasado, tras recoger más de 300 millones de observaciones, ha lanzado resultados para reforzar la hipótesis del Big Bang.
El pasado 23 de abril se presentaron los resultados de la COBE en la Asociación Norteamericana de Físicos de Washington. Este satélite lleno de captores mide las radiaciones del fondo celeste, es decir, la radiación cosmológica. Es el “ruido de fondo” de las radiaciones por microondas y, en cierto modo, la huella de la explosión inicial.
Ruido de fondo por microondas
Registrando la radiación inicial del universo, el satélite COBE ha dejado preocupados a los astrofísicos hasta el año pasado. Se han verificado los cálculos realizados a una temperatura de radiación equivalente (temperatura necesaria para que la radiación del cuerpo negro tenga la misma intensidad). La temperatura de radiación equivalente es de 2,735 Kelvin, lo que parece reforzar la teoría del Big Bang. Sin embargo, esta temperatura era muy uniforme a lo largo del universo (sólo existían diferencias de un centenar de grados) y esa uniformidad no beneficiaba a la teoría. Para crear galaxias había que haber cambios en la densidad para que la materia se recogiera por su peso.
El ruido de fondo por microondas en el Universo es una huella de la bola de fuego de fundación y se puede decir que corresponde a una época 300.000 años después del momento cero. En aquella época, sin embargo, la radiación no debía ser totalmente uniforme. Debían haber unos “copos” de materia que luego se convirtieron en galaxias.
El satélite COBE, por tanto, como consecuencia de las perturbaciones en la formación del universo, debía detectar heterogeneidades en esta radiación microondas, pero no lo recogía.
El universo original y el actual
(Nota: Para ver bien la foto ir al pdf).
El universo inicial, a diferencia del actual, era totalmente uniforme. Con los ojos o telescopios mirando hacia el cielo es suficiente para darse cuenta de que ahora hay grandes estructuras tipo galaxia. En todo el universo hay una serie de galaxias con enormes lagunas. No sabemos muy bien cómo pasó el universo de una situación a otra, ya que en la época detectada por el satélite, en la época de las galaxias o cuasares, la gravitación no tuvo suficiente tiempo para crear los grupos de materas que se ven en la actualidad. La gravitación puede formar una galaxia bastante rápida, pero necesita un punto de partida. El punto de partida puede ser un copo de materi más denso o una irregularidad explosionada.
Finalmente se han podido detectar las irregularidades. Al aumentar 10.000 veces las medidas acumuladas por el satélite COBE, se han obtenido pequeñas irregularidades a la temperatura de radiación, de 30 millones de grados. Según los investigadores, estas pequeñas irregularidades se deben a las pequeñas diferencias de densidad que presenta la materia límite del cosmos. Esta materia estaría compuesta por una enorme nube saliva y un gas más ligero de la zona. Las menores de estas arrugas cósmicas serían de 500 millones de años luz.
El responsable del equipo de satélite COBE, George Smoot, considera que estas pequeñas irregularidades o ondas detectadas en el límite del universo son pequeños fragmentos de mates que nos muestran las estructuras más antiguas que de alguna manera se conocen. Después de la explosión inicial se formaron de forma inmediata y la densidad del universo no ha sido uniforme. La gravitación ha trabajado desde entonces concentrando la materia y creando estrellas, galaxias y conjuntos de galaxias. Estas nubes fronterizas, por tanto, ofrecerán luces sobre el sistema de formación de galaxias.
Teoría del Big Bang
La teoría de Big Bang, que dice que el Universo sufrió una gran explosión al principio, deriva de una ecuación de la teoría general de la relatividad creada por Einstein, aunque el propio Einstein cree en el Universo estacionario. Georges Lemaitre de la universidad de Lovaina fue quien en 1927 publicó por primera vez la teoría del “huevo cósmico” y del “átomo inicial”, que luego sería la teoría del Big Bang. En aquella época el astrónomo norteamericano Slipher descubrió que las líneas estaban desplazadas hacia el rojo en los espectros a la luz de las galaxias y se pensó que podían deberse al efecto Doppler, es decir, al alejamiento de las galaxias se les aumentaba la longitud de onda. Luego el astrónomo Hubble sacó una constante de proporcionalidad entre la velocidad de alejamiento y la distancia entre galaxias.
El hecho de que las galaxias se alejaran hoy en día, significa que en un tiempo estaban más cercanas y que toda la materia del universo estaba concentrada en un punto. Teniendo en cuenta la velocidad de alejamiento que tiene ahora la galaxia, podemos calcular el tiempo que tardaría en retroceder hasta que toda la materia esté unida a esa velocidad. La edad del universo es aproximadamente de quince mil millones de años.
El universo, por tanto, surge de una explosión principal, según la teoría del Big Bang. George Gamow, físico soviético afincado en Norteamérica, fue quien extendió en 1948 la idea de la explosión inicial. Decía que el universo era como un balón con confetías en superficie. Cuanto más se hinchaba el balón, más se alejaban las confetías.
Ruido de fondo y elementos ligeros
Sabiendo que las galaxias se alejaban entre sí, en 1964 los Sres. Penzias y Wilson encontraron otra prueba a favor de la teoría del Big Bang en los laboratorios de Bell Phone en Nueva Jersey. El físico Robert Dicke detectó el fondo de radiación del cielo anunciado. Dick señalaba que la huella de la época en la que el universo estaba lleno de luz debía permanecer hoy en día como radiación de microondas (aunque la temperatura de radiación equivalente había bajado hasta los 3K), ocupando todo el universo. Como cualquier sistema físico, a medida que el universo se expande se ha enfriado. En consecuencia, la radiación estaba más caliente en una época. Hace un millón de años la temperatura de radiación era de unos 4.000 K y no podemos detectar las radiaciones anteriores porque el gas ionizado que ocupaba el espacio era opaco.
Otra prueba a favor de la teoría del Big Bang es la abundancia de elementos ligeros en el universo. Se puede saber cuáles eran los elementos que existían al principio del universo analizando las estrellas más antiguas en la actualidad. La relación entre helio e hidrógeno mediante espectroscopia de estas estrellas coincide con lo anunciado por la teoría del Big Bang para las reacciones termonucleares inmediatamente después de la explosión. De hecho, la temperatura de los primeros minutos era tan elevada que del hidrógeno que existía originalmente surgieron otros elementos, principalmente el helio.
Sin embargo, la teoría del Big Bang es una teoría que revela los primeros momentos del universo, pero no explica cómo se formaron galaxias y estrellas en los primeros mil millones de años. Los astrónomos creen que saben cómo nació el universo, pero desconocen las transformaciones que se han producido para llegar a la situación actual. Hay un hueco sin resolver por lo que los datos que envía el satélite COBE son tan interesantes.
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