Hace exactamente 100 años, nuestro concepto del universo era muy diferente al de hoy. La gente conocía las estrellas de la Vía Láctea y conocía las distancias hasta ellas, pero nadie sabía qué había detrás de ellas. El universo se consideraba estático, las espirales y elipses en el cielo se consideraban objetos de nuestra propia galaxia. La gravedad newtoniana aún no fue superada por la nueva teoría de Einstein, y no se escucharon ideas científicas como el Big Bang, la materia oscura y la materia oscura. Pero luego, literalmente cada década, comenzaron a ocurrir avances tras avances, y así sucesivamente hasta hoy. Esta es la crónica de Ethan Siegel en Medium.com sobre cómo ha cambiado nuestra comprensión del universo durante los últimos cien años.
Los resultados de la expedición de Eddington en 1919 mostraron que la relatividad general describe la curvatura de la luz de las estrellas cerca de objetos masivos.
Década de 1910: se confirma la teoría de Einstein. La relatividad general se hizo famosa por dar predicciones que la teoría de Newton no podía dar: la precesión de la órbita de Mercurio alrededor del Sol. Pero no era suficiente que una teoría científica simplemente explicara algo que ya habíamos observado; tenía que dar predicciones sobre lo que aún no habíamos visto. Aunque ha habido muchos en los últimos cien años (dilatación del tiempo gravitacional, lentes fuertes y débiles, desplazamiento al rojo gravitacional, etc.), el primero fue la curvatura de la luz estelar durante un eclipse solar total, que Eddington y sus colegas observaron en 1919. La tasa de curvatura de la luz alrededor del Sol era consistente con las predicciones de Einstein y no con la teoría de Newton. Desde entonces, nuestra comprensión del universo ha cambiado para siempre.
El descubrimiento del Hubble de la cefeida variable en la galaxia de Andrómeda, M31, nos abrió el universo
norte
1920. Todavía no sabíamos que había un universo más allá de la Vía Láctea, pero todo cambió en la década de 1920 con el trabajo de Edwin Hubble. Al observar algunas nebulosas espirales en el cielo, pudo identificar estrellas variables individuales del mismo tipo que se conocía en la Vía Láctea. Solo su brillo era tan bajo que indicaba directamente los millones de años luz entre nosotros, colocándolos mucho más allá de los límites de nuestra galaxia. Hubble no se detuvo allí. Midió la tasa de recesión y la distancia a docenas de galaxias, expandiendo significativamente los límites del universo conocido.
Dos galaxias grandes y brillantes en el centro del cúmulo de Coma, NGC 4889 (izquierda) y NGC 4874 (derecha) ligeramente más pequeñas, tienen cada una un tamaño de más de un millón de años luz. Se cree que un enorme halo de materia oscura atraviesa todo el cúmulo.
1930. Durante mucho tiempo se pensó que si pudieras medir toda la masa contenida en las estrellas, y quizás agregar gas y polvo, podrías contar toda la materia del universo. Sin embargo, al observar galaxias en un cúmulo denso (como el cúmulo de Coma), Fritz Zwicky demostró que las estrellas y la llamada "materia ordinaria" (es decir, átomos) no son suficientes para explicar el movimiento interno de estos cúmulos. Llamó a la nueva materia materia oscura (dunkle materie), y hasta la década de 1970, sus observaciones fueron ignoradas en gran medida. Luego estudiaron mejor la materia ordinaria y resultó que hay bastante materia oscura en las galaxias en rotación individuales. Ahora sabemos que la materia oscura es 5 veces más masiva que la materia ordinaria.
1940. Aunque la mayoría de los recursos experimentales y de observación se destinaron a satélites de reconocimiento, ingeniería de cohetes y desarrollo de tecnología nuclear, los físicos teóricos continuaron trabajando incansablemente. En 1945, Georgy Gamow creó una extrapolación completa del universo en expansión: si el universo se está expandiendo y enfriando hoy, debería haber sido más denso y más caliente en algún momento del pasado. Por lo tanto, una vez en el pasado hubo un momento en que el universo estaba demasiado caliente y los átomos neutros no se podían formar, y antes no se podían formar los núcleos atómicos. Si esto es así, antes de la formación de cualquier estrella, la materia del Universo comenzó con los elementos más ligeros, y en nuestro tiempo se puede observar el resplandor de esa temperatura en todas las direcciones, solo unos pocos grados por encima del cero absoluto. Hoy esta teoría se conoce como la teoría del Big Bang.y en la década de 1940 ni siquiera sabían lo hermosa que era.
Video promocional:
1950. Una idea rival con la hipótesis del Big Bang fue el modelo estacionario del universo propuesto por Fred Hoyle y otros. Significativamente, ambas partes argumentaron que todos los elementos pesados presentes en la Tierra hoy se formaron durante el Universo temprano. Hoyle y sus colegas argumentaron que no se hicieron en un estado temprano, cálido y denso, sino en generaciones anteriores de estrellas. Hoyle, junto con sus colegas Willie Fowler y Margaret Burbidge, explicaron en detalle cómo los elementos organizan la tabla periódica durante la fusión nuclear en las estrellas. Curiosamente, predijeron la síntesis de carbono a partir de helio en un proceso que nunca habíamos visto antes: un proceso triple alfa que requiere un nuevo estado de carbono para existir. Este estado fue descubierto por Fowler varios años después de la predicción original de Hoyle y hoy se conoce como el estado de carbono de Hoyle. Entonces, descubrimos que todos los elementos pesados que existen en la Tierra deben su origen a todas las generaciones anteriores de estrellas.
Si pudiéramos ver la luz de microondas, el cielo nocturno se vería como un óvalo verde con una temperatura de 2,7 Kelvin, con "ruido" en el centro de las contribuciones calientes de nuestro plano galáctico. Esta radiación uniforme con un espectro de cuerpo negro es indicativa del resplandor del Big Bang: es el fondo cósmico de microondas.
1960. Después de 20 años de discusión, se hizo una observación clave que determinaría la historia del universo: el descubrimiento del resplandor previsto del Big Bang, o el fondo cósmico de microondas. Esta radiación uniforme con una temperatura de 2.725 Kelvin fue descubierta en 1965 por Arno Penzias y Bob Wilson, ninguno de los cuales supo de inmediato con qué se habían topado. Solo con el tiempo se midió el espectro del cuerpo negro de esta radiación y sus fluctuaciones y se demostró que nuestro Universo comenzó con una “explosión”.
norte
La etapa más temprana del Universo, incluso antes del Big Bang, estableció todas las condiciones originales para todo lo que vemos hoy. Fue la gran idea de Alan Guth: inflación cósmica
1970A finales de 1979, el joven científico estaba tramando su idea. Alan Guth estaba buscando una manera de resolver algunos de los problemas inexplicables del Big Bang (por qué el universo es tan plano en el espacio, por qué tiene la misma temperatura en todas las direcciones y por qué no hay reliquias de las energías más altas en él) y se le ocurrió la idea de la inflación cósmica. Según esta idea, antes de que el universo entrara en un estado denso y caliente, había un estado de expansión exponencial, cuando toda la energía era inherente a la estructura misma del espacio. Se necesitaron varios refinamientos de las ideas originales de Guth para formar la teoría actual de la inflación, pero las observaciones posteriores, incluidas las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, han confirmado sus predicciones. El universo no solo comenzó con una explosión, sino que también tuvo otro estado especial incluso antes de que ocurriera este Big Bang.
Remanentes de supernova 1987a ubicados en la Gran Nube de Magallanes a 165.000 años luz de distancia. Durante más de trescientos siglos, fue la supernova más cercana observada a la Tierra.
Década de 1980. Puede parecer que no pasó nada grave, pero fue en 1987 cuando se observó desde la Tierra la supernova más cercana. Esto sucede una vez cada cien años. También fue la primera supernova en ocurrir cuando teníamos detectores capaces de detectar neutrinos de tales eventos. Aunque hemos visto muchas supernovas en otras galaxias, nunca las hemos observado lo suficientemente cerca como para presenciar neutrinos en ellas. Estos aproximadamente 20 neutrinos marcaron el comienzo de la astronomía de neutrinos y los desarrollos posteriores que llevaron a oscilaciones de neutrinos, la detección de masas de neutrinos y neutrinos de neutrinos de supernovas que ocurren en galaxias a millones de años luz de distancia. Si nuestros detectores modernos funcionaran en el momento adecuado, la próxima explosión de supernova permitiría capturar cientos de miles de neutrinos.
Cuatro posibles destinos del universo, de los cuales el último se ajusta mejor a los datos: Un universo con energía oscura. Fue descubierto por primera vez gracias a observaciones de supernovas distantes.
Década de 1990. Si pensabas que la materia oscura y el descubrimiento del comienzo del universo eran descubrimientos importantes, imagina el impacto que fue en 1998 cuando descubrieron que el universo estaba a punto de terminar. Históricamente, hemos imaginado tres posibles destinos:
- La expansión del Universo no será suficiente para superar la atracción gravitacional de todo y de todos, y el Universo se volverá a contraer en la Gran Compresión
- La expansión del Universo será demasiada, y todo lo unido por la gravedad se dispersará y el Universo se congelará.
- O nos encontraremos en el límite de estos dos resultados y la tasa de expansión tenderá asintóticamente a cero, pero nunca lo alcanzará: Universo crítico
En cambio, sin embargo, las supernovas distantes han demostrado que la expansión del universo se está acelerando y que, a medida que pasa el tiempo, las galaxias distantes se alejan unas de otras cada vez más rápido. El universo no solo se congelará, sino que todas las galaxias que no estén atadas entre sí desaparecerán eventualmente más allá de nuestro horizonte cósmico. Aparte de las galaxias de nuestro grupo local, ninguna galaxias se encontrará con la Vía Láctea, y nuestro destino será frío y solitario. En 100 mil millones de años, no veremos ninguna otra galaxia que no sea la nuestra.
2000. Nuestras mediciones de fluctuaciones (o imperfecciones) en el resplandor del Big Bang nos enseñaron cosas increíbles: aprendimos exactamente de qué está hecho el universo. Los datos de COBE reemplazaron los datos de WMAP, que a su vez fueron mejorados por Planck. En conjunto, los datos de estructuras a gran escala de grandes estudios de galaxias (como 2dF y SDSS) y los datos de supernovas distantes nos han proporcionado una imagen moderna del universo:
- 0,01% de radiación en forma de fotones, - 0,1% de neutrinos, que contribuyen ligeramente a los halos gravitacionales que rodean las galaxias y los cúmulos, - 4.9% de materia ordinaria, que incluye todo lo que consiste en partículas atómicas, - 27% de materia oscura, o partículas misteriosas que no interactúan (que no sean gravitacionales) que proporcionan al Universo la estructura que observamos, - 68% de energía oscura, que es inherente al propio espacio.
2010a. Esta década aún no ha terminado, pero ya hemos encontrado nuestros primeros planetas similares a la Tierra potencialmente habitables (aunque muy distantes), entre los miles y miles de nuevos exoplanetas descubiertos por la misión Kepler de la NASA. Este puede no ser el mayor descubrimiento de la década, porque la detección directa de ondas gravitacionales de LIGO confirmó la imagen que Einstein trazó en 1915. Más de un siglo después de que la teoría de Einstein desafiara por primera vez a Newton, la relatividad general ha pasado por todas las pruebas y pruebas que se le ofrecieron.
La historia científica aún se está escribiendo y aún queda mucho por descubrir en el universo. Pero estos 11 pasos nos llevaron de un universo de edad desconocida, no más grande que nuestra galaxia, en su mayoría compuesta de estrellas, hacia un universo en expansión y enfriamiento gobernado por materia oscura, energía oscura y nuestra materia ordinaria. Tiene muchos planetas potencialmente habitables, tiene 13.800 millones de años y comenzó con el Big Bang, que a su vez surgió de la inflación cósmica. Aprendimos sobre el origen del Universo, sobre su destino, sobre la apariencia, estructura y tamaño, y todo durante 100 años. Quizás los próximos 100 años estén llenos de sorpresas que ni siquiera podemos imaginar.
Ilya Khel
