CERN Acelerando la ciencia

El Big Bang

En 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió que las distancias a las galaxias lejanas eran proporcionales a sus desplazamientos al rojo. El desplazamiento al rojo se produce cuando una fuente de luz se aleja de su observador: la longitud de onda aparente de la luz se estira por efecto Doppler hacia la parte roja del espectro. La observación de Hubble implicaba que las galaxias lejanas se alejaban de nosotros, ya que las más lejanas tenían las velocidades aparentes más rápidas. Si las galaxias se alejan de nosotros, razonó Hubble, entonces en algún momento del pasado debieron estar agrupadas cerca unas de otras.

El descubrimiento de Hubble fue el primer apoyo observacional a la teoría del Big Bang del universo de Georges Lemaître, propuesta en 1927. Lemaître propuso que el universo se expandió de forma explosiva a partir de un estado extremadamente denso y caliente, y que continúa expandiéndose en la actualidad. Cálculos posteriores han fechado este Big Bang hace aproximadamente 13.700 millones de años. En 1998, dos equipos de astrónomos que trabajaban de forma independiente en Berkeley (California) observaron que las supernovas -estrellas en explosión- se alejaban de la Tierra a un ritmo acelerado. Esto les valió el premio Nobel de Física en 2011. Los físicos habían supuesto que la materia en el universo frenaría su ritmo de expansión; la gravedad acabaría haciendo que el universo volviera a caer sobre su centro. Aunque la teoría del Big Bang no puede describir cuáles eran las condiciones al principio del universo, sí puede ayudar a los físicos a describir los primeros momentos tras el inicio de la expansión.

Orígenes

En los primeros momentos tras el Big Bang, el universo era extremadamente caliente y denso. A medida que el universo se enfriaba, las condiciones eran las adecuadas para dar lugar a los bloques de construcción de la materia: los quarks y los electrones de los que estamos hechos. Unas millonésimas de segundo después, los quarks se agregaron para producir protones y neutrones. En pocos minutos, estos protones y neutrones se combinaron en núcleos. A medida que el universo seguía expandiéndose y enfriándose, las cosas empezaron a suceder más lentamente. Los electrones tardaron 380.000 años en quedar atrapados en órbitas alrededor de los núcleos, formando los primeros átomos. Éstos eran principalmente helio e hidrógeno, que siguen siendo, con mucho, los elementos más abundantes del universo. Las observaciones actuales sugieren que las primeras estrellas se formaron a partir de nubes de gas unos 150-200 millones de años después del Big Bang. Desde entonces, los átomos más pesados, como el carbono, el oxígeno y el hierro, se producen continuamente en el corazón de las estrellas y se catapultan por todo el universo en espectaculares explosiones estelares llamadas supernovas.

Pero las estrellas y las galaxias no cuentan toda la historia. Los cálculos astronómicos y físicos sugieren que el universo visible es sólo una pequeña cantidad (4%) de lo que el universo está realmente hecho. Una fracción muy grande del universo, de hecho el 26%, está formada por un tipo de materia desconocida llamada «materia oscura». A diferencia de las estrellas y las galaxias, la materia oscura no emite luz ni radiación electromagnética de ningún tipo, por lo que sólo podemos detectarla a través de sus efectos gravitatorios.

Una forma de energía aún más misteriosa, llamada «energía oscura», representa alrededor del 70% del contenido de masa-energía del universo. Se sabe aún menos sobre ella que sobre la materia oscura. Esta idea surge de la observación de que todas las galaxias parecen estar alejándose unas de otras a un ritmo acelerado, lo que implica que alguna energía extra invisible está actuando.

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