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Orígenes: CERN: Ideas: El Big Bang | Exploratorium

Historia del Universo
foto: CERN
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¿Sabías que la materia de tu cuerpo tiene miles de millones de años?
Según la mayoría de los astrofísicos, toda la materia que se encuentra hoy en el universo -incluida la materia de las personas, las plantas, los animales, la Tierra, las estrellas y las galaxias- se creó en el primer momento del tiempo, que se cree que fue hace unos 13.000 millones de años.
Los científicos creen que el universo comenzó con cada pizca de su energía agolpada en un punto muy pequeño. Este punto extremadamente denso explotó con una fuerza inimaginable, creando materia e impulsándola hacia el exterior para formar los miles de millones de galaxias de nuestro vasto universo. Los astrofísicos bautizaron esta titánica explosión como el Big Bang.
El Big Bang no se parece a ninguna explosión que se pueda presenciar hoy en día en la Tierra. Por ejemplo, la explosión de una bomba de hidrógeno, cuyo centro registra aproximadamente 100 millones de grados centígrados, se mueve por el aire a unos 300 metros por segundo. En cambio, los cosmólogos creen que el Big Bang lanzó energía en todas las direcciones a la velocidad de la luz (300.000.000 metros por segundo, un millón de veces más rápido que la bomba H) y estiman que la temperatura de todo el universo era de 1.000 billones de grados Celsius apenas una fracción de segundo después de la explosión. Incluso los núcleos de las estrellas más calientes del universo actual están mucho más fríos que eso.
Hay otra cualidad importante del Big Bang que lo hace único. Mientras que la explosión de una bomba hecha por el hombre se expande a través del aire, el Big Bang no se expandió a través de nada. Esto se debe a que no había espacio por el que expandirse al principio del tiempo. Más bien, los físicos creen que el Big Bang creó y estiró el espacio mismo, expandiendo el universo.

Un universo que se enfría y se expande

Campo profundo del Hubble
foto: Space Telescope Science Institute
A medida que el universo primitivo se enfriaba, la materia producida en el Big Bang se reunía en estrellas y galaxias.

Durante un breve momento después del Big Bang, el inmenso calor creó unas condiciones distintas a las que los astrofísicos ven en el universo actual. Mientras que los planetas y las estrellas actuales están compuestos por átomos de elementos como el hidrógeno y el silicio, los científicos creen que el universo de entonces era demasiado caliente para cualquier cosa que no fueran las partículas más fundamentales, como los quarks y los fotones.
Pero a medida que el universo se expandió rápidamente, la energía del Big Bang se fue “diluyendo” en el espacio, haciendo que el universo se enfriara. Al abrir una botella de cerveza se produce un efecto de enfriamiento y expansión más o menos similar: el gas, una vez confinado en la botella, se extiende en el aire, y la temperatura de la cerveza desciende.
El rápido enfriamiento permitió que se formara la materia tal y como la conocemos en el universo, aunque los físicos todavía están tratando de averiguar cómo ocurrió exactamente. Aproximadamente una diezmilésima de segundo después del Big Bang, se formaron protones y neutrones, y en pocos minutos estas partículas se pegaron para formar núcleos atómicos, principalmente hidrógeno y helio. Cientos de miles de años después, los electrones se pegaron a los núcleos para formar átomos completos.
Alrededor de mil millones de años después del Big Bang, la gravedad hizo que estos átomos se reunieran en enormes nubes de gas, formando colecciones de estrellas conocidas como galaxias. La gravedad es la fuerza que atrae cualquier objeto con masa hacia otro, la misma fuerza, por ejemplo, que hace que una pelota lanzada al aire caiga a la tierra.
¿De dónde vienen los planetas como la Tierra? A lo largo de miles de millones de años, las estrellas “cocinan” los átomos de hidrógeno y helio en sus núcleos calientes para fabricar elementos más pesados como el carbono y el oxígeno. Las grandes estrellas explotan con el tiempo, lanzando estos elementos al espacio. Esta materia se condensa luego en las estrellas, los planetas y los satélites que forman los sistemas solares como el nuestro.

¿Cómo sabemos que ocurrió el Big Bang?
Los astrofísicos han descubierto una gran cantidad de pruebas convincentes en los últimos cien años para apoyar la teoría del Big Bang. Entre estas pruebas está la observación de que el universo se está expandiendo. Observando la luz emitida por galaxias lejanas, los científicos han descubierto que estas galaxias se alejan rápidamente de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Una explosión como el Big Bang, que envió la materia volando hacia fuera desde un punto, explica esta observación.


¿Sabías que la estática de tu televisión está causada por la radiación que quedó del Big Bang?

Otro descubrimiento crítico fue la observación de bajos niveles de microondas en todo el espacio. Los astrónomos creen que estas microondas, cuya temperatura es de unos -270 grados Celsius, son los restos de la radiación de altísima temperatura producida por el Big Bang.
Interesantemente, los astrónomos pueden hacerse una idea de lo caliente que era el universo observando nubes de gas muy lejanas a través de telescopios de alta potencia. Como la luz de estas nubes puede tardar miles de millones de años en llegar a nuestros telescopios, vemos estos cuerpos tal y como aparecieron hace eones. Y he aquí que estas antiguas nubes de gas parecen estar más calientes que las nubes más jóvenes.
Los científicos también han podido sostener la teoría del Big Bang midiendo las cantidades relativas de los diferentes elementos en el universo. Han descubierto que el universo contiene aproximadamente un 74 por ciento de hidrógeno y un 26 por ciento de helio en masa, los dos elementos más ligeros. Todos los demás elementos más pesados -incluidos los elementos comunes en la Tierra, como el carbono y el oxígeno- constituyen sólo una pequeña parte de toda la materia.
Entonces, ¿cómo demuestra esto algo sobre el Big Bang? Los científicos han demostrado, mediante cálculos teóricos, que estas abundancias sólo podrían haberse producido en un universo que comenzó en un estado muy caliente y denso, y que luego se enfrió y expandió rápidamente. Este es exactamente el tipo de universo que predice la teoría del Big Bang.
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