en el universo
.Diagrama esquemático de la historia del Universo, destacando la reionización, que se produce en serio sólo después de la formación de las primeras estrellas y galaxias. Antes de que se formaran las estrellas o las galaxias, el Universo estaba lleno de átomos neutros que bloqueaban la luz. Mientras que la mayor parte del Universo no se reioniza hasta 550 millones de años después, algunas regiones afortunadas son en su mayoría reionizadas en épocas anteriores. Crédito de la imagen: S. G. Djorgovski y otros, Caltech Digital Media Center
Por Ethan Siegel, para Forbes Septiembre 29 de 2017
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son propias
Uno de los hechos más notables sobre nuestro Universo es que no ha existido siempre. Los grupos y racimos de materia que vemos - planetas, estrellas, nubes de gas, galaxias y más - surgieron de pequeños fragmentos de materia que han crecido gravitacionalmente y se han fusionado con el tiempo. Si miramos a los objetos a distancias cada vez mayores, la luz de ellos tarda más en llegar a nuestros ojos, lo que significa que la luz que llega hoy fue emitida hace millones o incluso miles de millones de años atrás. Al mirar hacia atrás en el espacio, también estamos mirando atrás en el tiempo. En algún momento, llegaremos a una distancia tan grande que no había estrellas ni galaxias en ese entonces. Aunque tomará el telescopio espacial James Webb para ver esas primeras galaxias, hay cinco hechos sorprendentes que ya sabemos que deben ser verdaderos acerca de estos objetos más distantes de todos.
Los discos protoplanetarios, con los que se piensa que todos los sistemas solares se forman, se fusionarán en planetas a lo largo del tiempo, como muestra esta ilustración. Sin embargo, cuando el Universo consiste en hidrógeno y helio solo, sólo los planetas gaseosos pueden formar, no rocosos. Crédito de la imagen: NAOJ
1.) No hay planetas rocosos presentes entre las primeras estrellas y galaxias. Cada vez que forma estrellas a partir de una nube molecular de gas, puede esperar plenamente que el gas se fragmente en un montón de aglomeraciones, que crecen a diferentes velocidades dependiendo de lo grandes que sean para empezar y lo que más está en su vecindad. Grandes nubes de gas crecerán estrellas y planetas de muchos tamaños diferentes, pero incluso los mundos más pequeños que la primera forma se hará exclusivamente de gas: hidrógeno y helio. Sin ninguna generación anterior de estrellas, no hay elementos más pesados para formar cuerpos sólidos como planetas rocosos o lunas. Pueden formarse pequeñas bolas de gas, pero cuando esas estrellas se encienden, simplemente serán quemadas en el espacio interestelar por la radiación ionizante de los primeros fuegos nucleares en el Universo.
Galaxias comparables a la actual Vía Láctea son numerosas, pero las galaxias más jóvenes que son de la Vía Láctea son inherentemente más pequeñas, más azules y más ricas en gas en general que las galaxias que vemos hoy en día. Para las primeras galaxias de todas, esto se lleva al extremo. Crédito de la imagen: NASA y ESA
2.) Las galaxias más tempranas son pequeñas en comparación con las que tenemos hoy. Cuando los primeros átomos neutrales en el Universo se forman, ya están agrupados, siempre ligeramente, en regiones sobredimensionadas y subdimensionadas de un tamaño particular. Contiene desde unos pocos cientos de miles hasta unos pocos millones de masas solares, estos formarán las semillas de los primeros cúmulos estelares. Más de 50 a 200 millones de años, la gravedad hace que estas primeras nubes de gas se derrumben y formen las primeras estrellas. Cuando los cúmulos estelares comienzan a fusionarse gravitacionalmente, se produce una rápida formación estelar, y es en ese punto que podemos empezar a decir que hemos formado las primeras galaxias del Universo. A pesar de que pueden ser sólo una pequeña fracción de la masa de la Vía Láctea, tal vez el 0.001% tan masivo como nosotros, estos son, de hecho, galaxias por derecho propio, que contienen estrellas, cúmulos estelares, planetas, gas, polvo e incluso halos de materia oscura.
El Hubble eXtreme Deep Field, nuestra visión más profunda del Universo hasta la fecha, que revela galaxias desde cuando el Universo era sólo 3-4% de su edad actual. Este es, sin embargo, el límite absoluto de hasta qué punto el Hubble puede ir; más tiempo de observación revelará galaxias más débiles, pero no más distantes. Crédito de la imagen: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee y P. Oesch, Universidad de California, Santa Cruz; R. Bouwens, Universidad de Leiden; y el Equipo HUDF09
3.) Incluso si Hubble fuera a mirar al Universo lejano para siempre, nunca vería estas primeras galaxias. La luz que emiten estas galaxias debe ser similar a la luz emitida hoy por las nuevas galaxias que forman las estrellas. Cuando una galaxia se forma primero, debe estar llena de estrellas azules calientes, brillantes y de corta vida que dominan la luminosidad de todos los demás. Pero a diferencia de las galaxias cercanas, la luz de estos primeros requiere un tremendo viaje cósmico -que tarda más de 13 mil millones de años desde nuestra perspectiva- para alcanzar nuestros ojos. Durante este tiempo, el Universo se está expandiendo, haciendo que la longitud de onda de esta luz inicialmente ultravioleta cambie al rojo a través de lo visible, a través del infrarrojo cercano y hacia la parte infrarroja media del espectro. Incluso si el Hubble, que puede ver la luz muy lejos en el infrarrojo cercano, vio el cielo para siempre, nunca sería capaz de detectar galaxias a un desplazamiento al rojo de 15 a 25, donde los primeros se espera que mientan. Para eso, necesitamos a James Webb.
El racimo RMC 136 (R136) en la nebulosa de la Tarántula en la nube grande de Magellanic, es casero a las estrellas mas masivas conocidas. R136a1, el más grande de todos ellos, es más de 250 veces la masa del Sol. Crédito de la imagen: European Southern Observatory / P. Crowther / C.J. Evans
4.) Las estrellas más masivas en el Universo sólo existieron en estas primeras épocas. Hoy, si miramos profundamente dentro de una región de formación de estrellas ultramásiva, esperamos encontrar las estrellas más brillantes, luminosas y más masivas de todas. La más grande de nuestro grupo local, la Nebulosa de la Tarántula (arriba) en una galaxia satélite de la Vía Láctea, contiene cientos de miles de material de las masas solares, junto con la estrella más masiva conocida: R136a1. Alrededor de 260 veces la masa de nuestro Sol, es la estrella más masiva jamás descubierta. Pero también está cargada de elementos que se elevan en lo alto de la tabla periódica, como nuestro propio Sol, que suprime el crecimiento inicial de las estrellas masivas. Puesto que estaban hechos del hidrógeno prístino y del helio solamente, las primeras estrellas carecieron de esa supresión, y pudieron crecer a las masas aún más grandes. ¿Cuán grande obtuvieron? 500 veces más grande que el Sol? 1.000 veces? 2.000 veces? Con un poco de suerte, James Webb nos enseñará la respuesta.
La absorción de la luz de longitud de onda milimétrica emitida por electrones que zumban alrededor de potentes campos magnéticos generados por el agujero negro supermasivo de la galaxia conduce a la mancha oscura en el centro de esta galaxia. La sombra indica que las nubes frías de gas molecular están lloviendo en el agujero negro. Tales agujeros negros supermasivos, o al menos las semillas de ellos, deberían encontrarse en las primeras galaxias del Universo. Crédito de la imagen: NASA / ESA y Hubble (azul), ALMA (rojo)
5.) Los primeros agujeros negros supermasivos deben llegar a existir dentro de estas primeras galaxias desde casi el momento de su nacimiento. Paradójicamente, cuanto más masiva sea una estrella, menor será su vida útil. Las estrellas más masivas de todas viven sólo unos pocos millones de años antes de que se vaya supernova o colapsar directamente; en cualquier caso, producen agujeros negros masivos. Estos agujeros negros emigran rápidamente al centro de las galaxias, donde se fusionan y acrecen la materia, convirtiéndose en las semillas de los agujeros negros supermasivos que vemos hoy en día. Estas primeras galaxias, incluso cuando son visibles por primera vez, pueden contener agujeros negros de muchos cientos de miles o incluso millones de veces tan masivos como nuestro Sol, comparables a los cuatro millones de masa solar presentes en el centro de la Vía Láctea. Estos objetos deben estar allí, y James Webb sólo podría mostrarnos lo masivos que realmente son.
La estructura a gran escala del Universo cambia con el tiempo, a medida que pequeñas imperfecciones crecen para formar las primeras estrellas y galaxias, y luego se fusionan para formar las grandes y modernas galaxias que vemos hoy en día. Mirar a grandes distancias revela un Universo más joven, similar a como nuestra región local fue en el pasado. Crédito de la imagen: Chris Blake y Sam Moorfield
Estas galaxias ultra-distantes, ultra-jóvenes y ultra-diminutas no permanecen así durante mucho tiempo. En algún punto hace mucho tiempo, cada galaxia cercana que vemos hoy no era tan diferente de estos primeros que descubriremos a partir de poco más de un año, cuando James Webb se lanza y se despliega. Los primeros en formarse han crecido gravitacionalmente de la forma más rápida y, por lo tanto, con 13.800 millones de años de antigüedad, habrán atraído más y más materia y probablemente serán espirales gigantes o elípticas en sus propios grupos y racimos, mucho más como nosotros. Pero no tenemos manera de saber, en la actualidad, cuál era el pasado de nuestra Vía Láctea como en cualquier tipo de detalle. Después de todo, el gran crimen del Universo es que sólo podemos verlo hoy, en un instante en el tiempo. A pesar de toda la historia cósmica de lo que ha ocurrido, cuando se trata de dónde estamos ahora, las únicas cosas que sabemos son los supervivientes.
El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor primario de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y más allá de la galaxia, están disponibles dondequiera que se vendan los libros.
With a little help from Google Translate for Business
Comenzó con una explosión
El Universo está ahí fuera, esperando que lo descubras
.Diagrama esquemático de la historia del Universo, destacando la reionización, que se produce en serio sólo después de la formación de las primeras estrellas y galaxias. Antes de que se formaran las estrellas o las galaxias, el Universo estaba lleno de átomos neutros que bloqueaban la luz. Mientras que la mayor parte del Universo no se reioniza hasta 550 millones de años después, algunas regiones afortunadas son en su mayoría reionizadas en épocas anteriores. Crédito de la imagen: S. G. Djorgovski y otros, Caltech Digital Media Center
Por Ethan Siegel, para Forbes Septiembre 29 de 2017
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son propias
Uno de los hechos más notables sobre nuestro Universo es que no ha existido siempre. Los grupos y racimos de materia que vemos - planetas, estrellas, nubes de gas, galaxias y más - surgieron de pequeños fragmentos de materia que han crecido gravitacionalmente y se han fusionado con el tiempo. Si miramos a los objetos a distancias cada vez mayores, la luz de ellos tarda más en llegar a nuestros ojos, lo que significa que la luz que llega hoy fue emitida hace millones o incluso miles de millones de años atrás. Al mirar hacia atrás en el espacio, también estamos mirando atrás en el tiempo. En algún momento, llegaremos a una distancia tan grande que no había estrellas ni galaxias en ese entonces. Aunque tomará el telescopio espacial James Webb para ver esas primeras galaxias, hay cinco hechos sorprendentes que ya sabemos que deben ser verdaderos acerca de estos objetos más distantes de todos.
Los discos protoplanetarios, con los que se piensa que todos los sistemas solares se forman, se fusionarán en planetas a lo largo del tiempo, como muestra esta ilustración. Sin embargo, cuando el Universo consiste en hidrógeno y helio solo, sólo los planetas gaseosos pueden formar, no rocosos. Crédito de la imagen: NAOJ
1.) No hay planetas rocosos presentes entre las primeras estrellas y galaxias. Cada vez que forma estrellas a partir de una nube molecular de gas, puede esperar plenamente que el gas se fragmente en un montón de aglomeraciones, que crecen a diferentes velocidades dependiendo de lo grandes que sean para empezar y lo que más está en su vecindad. Grandes nubes de gas crecerán estrellas y planetas de muchos tamaños diferentes, pero incluso los mundos más pequeños que la primera forma se hará exclusivamente de gas: hidrógeno y helio. Sin ninguna generación anterior de estrellas, no hay elementos más pesados para formar cuerpos sólidos como planetas rocosos o lunas. Pueden formarse pequeñas bolas de gas, pero cuando esas estrellas se encienden, simplemente serán quemadas en el espacio interestelar por la radiación ionizante de los primeros fuegos nucleares en el Universo.
Galaxias comparables a la actual Vía Láctea son numerosas, pero las galaxias más jóvenes que son de la Vía Láctea son inherentemente más pequeñas, más azules y más ricas en gas en general que las galaxias que vemos hoy en día. Para las primeras galaxias de todas, esto se lleva al extremo. Crédito de la imagen: NASA y ESA
2.) Las galaxias más tempranas son pequeñas en comparación con las que tenemos hoy. Cuando los primeros átomos neutrales en el Universo se forman, ya están agrupados, siempre ligeramente, en regiones sobredimensionadas y subdimensionadas de un tamaño particular. Contiene desde unos pocos cientos de miles hasta unos pocos millones de masas solares, estos formarán las semillas de los primeros cúmulos estelares. Más de 50 a 200 millones de años, la gravedad hace que estas primeras nubes de gas se derrumben y formen las primeras estrellas. Cuando los cúmulos estelares comienzan a fusionarse gravitacionalmente, se produce una rápida formación estelar, y es en ese punto que podemos empezar a decir que hemos formado las primeras galaxias del Universo. A pesar de que pueden ser sólo una pequeña fracción de la masa de la Vía Láctea, tal vez el 0.001% tan masivo como nosotros, estos son, de hecho, galaxias por derecho propio, que contienen estrellas, cúmulos estelares, planetas, gas, polvo e incluso halos de materia oscura.
El Hubble eXtreme Deep Field, nuestra visión más profunda del Universo hasta la fecha, que revela galaxias desde cuando el Universo era sólo 3-4% de su edad actual. Este es, sin embargo, el límite absoluto de hasta qué punto el Hubble puede ir; más tiempo de observación revelará galaxias más débiles, pero no más distantes. Crédito de la imagen: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee y P. Oesch, Universidad de California, Santa Cruz; R. Bouwens, Universidad de Leiden; y el Equipo HUDF09
3.) Incluso si Hubble fuera a mirar al Universo lejano para siempre, nunca vería estas primeras galaxias. La luz que emiten estas galaxias debe ser similar a la luz emitida hoy por las nuevas galaxias que forman las estrellas. Cuando una galaxia se forma primero, debe estar llena de estrellas azules calientes, brillantes y de corta vida que dominan la luminosidad de todos los demás. Pero a diferencia de las galaxias cercanas, la luz de estos primeros requiere un tremendo viaje cósmico -que tarda más de 13 mil millones de años desde nuestra perspectiva- para alcanzar nuestros ojos. Durante este tiempo, el Universo se está expandiendo, haciendo que la longitud de onda de esta luz inicialmente ultravioleta cambie al rojo a través de lo visible, a través del infrarrojo cercano y hacia la parte infrarroja media del espectro. Incluso si el Hubble, que puede ver la luz muy lejos en el infrarrojo cercano, vio el cielo para siempre, nunca sería capaz de detectar galaxias a un desplazamiento al rojo de 15 a 25, donde los primeros se espera que mientan. Para eso, necesitamos a James Webb.
El racimo RMC 136 (R136) en la nebulosa de la Tarántula en la nube grande de Magellanic, es casero a las estrellas mas masivas conocidas. R136a1, el más grande de todos ellos, es más de 250 veces la masa del Sol. Crédito de la imagen: European Southern Observatory / P. Crowther / C.J. Evans
4.) Las estrellas más masivas en el Universo sólo existieron en estas primeras épocas. Hoy, si miramos profundamente dentro de una región de formación de estrellas ultramásiva, esperamos encontrar las estrellas más brillantes, luminosas y más masivas de todas. La más grande de nuestro grupo local, la Nebulosa de la Tarántula (arriba) en una galaxia satélite de la Vía Láctea, contiene cientos de miles de material de las masas solares, junto con la estrella más masiva conocida: R136a1. Alrededor de 260 veces la masa de nuestro Sol, es la estrella más masiva jamás descubierta. Pero también está cargada de elementos que se elevan en lo alto de la tabla periódica, como nuestro propio Sol, que suprime el crecimiento inicial de las estrellas masivas. Puesto que estaban hechos del hidrógeno prístino y del helio solamente, las primeras estrellas carecieron de esa supresión, y pudieron crecer a las masas aún más grandes. ¿Cuán grande obtuvieron? 500 veces más grande que el Sol? 1.000 veces? 2.000 veces? Con un poco de suerte, James Webb nos enseñará la respuesta.
La absorción de la luz de longitud de onda milimétrica emitida por electrones que zumban alrededor de potentes campos magnéticos generados por el agujero negro supermasivo de la galaxia conduce a la mancha oscura en el centro de esta galaxia. La sombra indica que las nubes frías de gas molecular están lloviendo en el agujero negro. Tales agujeros negros supermasivos, o al menos las semillas de ellos, deberían encontrarse en las primeras galaxias del Universo. Crédito de la imagen: NASA / ESA y Hubble (azul), ALMA (rojo)
5.) Los primeros agujeros negros supermasivos deben llegar a existir dentro de estas primeras galaxias desde casi el momento de su nacimiento. Paradójicamente, cuanto más masiva sea una estrella, menor será su vida útil. Las estrellas más masivas de todas viven sólo unos pocos millones de años antes de que se vaya supernova o colapsar directamente; en cualquier caso, producen agujeros negros masivos. Estos agujeros negros emigran rápidamente al centro de las galaxias, donde se fusionan y acrecen la materia, convirtiéndose en las semillas de los agujeros negros supermasivos que vemos hoy en día. Estas primeras galaxias, incluso cuando son visibles por primera vez, pueden contener agujeros negros de muchos cientos de miles o incluso millones de veces tan masivos como nuestro Sol, comparables a los cuatro millones de masa solar presentes en el centro de la Vía Láctea. Estos objetos deben estar allí, y James Webb sólo podría mostrarnos lo masivos que realmente son.
La estructura a gran escala del Universo cambia con el tiempo, a medida que pequeñas imperfecciones crecen para formar las primeras estrellas y galaxias, y luego se fusionan para formar las grandes y modernas galaxias que vemos hoy en día. Mirar a grandes distancias revela un Universo más joven, similar a como nuestra región local fue en el pasado. Crédito de la imagen: Chris Blake y Sam Moorfield
Estas galaxias ultra-distantes, ultra-jóvenes y ultra-diminutas no permanecen así durante mucho tiempo. En algún punto hace mucho tiempo, cada galaxia cercana que vemos hoy no era tan diferente de estos primeros que descubriremos a partir de poco más de un año, cuando James Webb se lanza y se despliega. Los primeros en formarse han crecido gravitacionalmente de la forma más rápida y, por lo tanto, con 13.800 millones de años de antigüedad, habrán atraído más y más materia y probablemente serán espirales gigantes o elípticas en sus propios grupos y racimos, mucho más como nosotros. Pero no tenemos manera de saber, en la actualidad, cuál era el pasado de nuestra Vía Láctea como en cualquier tipo de detalle. Después de todo, el gran crimen del Universo es que sólo podemos verlo hoy, en un instante en el tiempo. A pesar de toda la historia cósmica de lo que ha ocurrido, cuando se trata de dónde estamos ahora, las únicas cosas que sabemos son los supervivientes.
El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor primario de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y más allá de la galaxia, están disponibles dondequiera que se vendan los libros.
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