El período que va desde el nacimiento de los átomos, 300.000 años después de el Big Bang, hasta que se encendieron las primeras estrellas se ha llamado la “edad oscura” del Universo. Los eventos de este período y el “renacimiento cósmico” posterior, cuando la luz de las estrellas inundó el universo , constituyen un complejo rompecabezas. Los astrónomos lo estás investigando mediante el análisis de la radiación residual del Big Bang y escudriñando los límites del Universo con potentísimos telescopios.
Tras el Big Bang
A la edad de 350 mil años, el Universo rebosaba fotones que irradiaban en todas direcciones y átomos de Hidrógeno y Helio, neutrinos y otra materia oscura. A pesar de sus 2.500ºC y de la gran cantidad de radiación presente, los astrónomos no logran ver luz en aquel momento. Esto es debido a que la expansión del Universo ha estirado las longitudes de onda de la radiación de fondo (CMBR). Su longitud de onda, antes característica de la bola de fuego del Universo, es ahora la de un objeto muy frío a -270ºC, tan sólo 3ºC sobre el cero absoluto.
Acerca de la radiación de fondo
También conocida como radiación cósmica de microondas o radiación del fondo cósmico, es una forma de radiación electromagnética comprendida en el rango de la microondas (160,2 GHz, correspondiéndose con una longitud de onda de 1,9 mm), fue descubierta en el 1965 por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson en los Laboratorios Bell de Crawford Hill mientras experimentaban con antenas… Esta radiación tiene características similares a las de un cuerpo negro a 2, 7 K, es una de las principales evidencias que avalan el modelo cosmológico del big bang ya que es considerada el residuo del fuego primordial como consecuencia del enfriamiento causado por la expansión.
El espectro de la radiación de fondo de microondas medido por el instrumento FIRAS.
La edad oscura
La tierra nunca recibirá luz visible del período anterior al encendido de las estrellas, algunos cientos de millones de años tras el Big Bang, pero otros datos permiten reconstruir dicho período. La CMBR revela pequeñas fluctuaciones en la densidad de la materia cuando se formaban los primeros átomos, y los cosmólogos suponen que la gravedad actuó sobre estas ondas haciendo que la materia se reuniese en forma de grupos e hilos. Estas irregularidades de la nube de materia inicial fueron, posiblemente, el origen de los objetos de gran escala actuales, como los supercúmulos de galaxias. El desarrollo de dichas estructuras a lo largo de miles de millones de años se ha simulado por ordenador asumiendo supuestos relacionados con la densidad y las propiedades de la materia, incluida la oscura, en el Universo primitivo, y teniendo en cuenta la influencia de la energía oscura (una fuerza opuesta a la gravedad). Algunas de estas simulaciones muestran una distribución de la materia muy similar a la del Universo actual.
Simulaciones por ordenador del Universo
El universo a los 1.300 millones de años
Mil millones de años después se han formado grupos y filamentos significativos. El cubo se ha rehecho a escala para compensar la expansión cósmica desde la etapa anterior.
El universo a los 5.000 millones de años
Otros 4 mil millones de años después (tras rehacer el tamaño del cubo a escala) la materia aparece condensada en complejas estructuras filamentosas con grandes burbujas o huecos de espacio vacío.
El universo a los 13.700 millones de años
La distribución de la materia se parece a la estructura de un supercúmulo galáctico del tipo presente en el universo local (en un cubo de algunos miles de millones de años luz de lado)
Las primeras galaxias
Los astrónomos estás aún tratando de precisar el momento en que se encendieron las primeras estrellas y en qué tipo de estructuras galácticas primitivas ocurrió. Recientes estudios con infrarrojos, con instrumentos como el telescopio espacial Spitzer y el VLT (very large telescope), han revelado la existencia de galaxias muy débiles y con un elevado desplazamiento al rojo, solo 500 millones de años después del Big Bang. Esto indica que debieron existir nudos de materia condensada y cúmulos precursores muy desarrollados ya entre 100 y 300 millones de años después del Big Bang, y que estas estructuras fueron la cuna de las estrellas.
Las primeras estrellas
Las primeras estrellas, formadas tan solo unos 200 millones de años tras el Big Bang, consistían casi enteramente en hidrógeno y Helio, ya que no existía casi ningún otro elemento químico. Según los físicos, las nebulosas estelares sin elementos pesados se condensaron en cúmulos de gas mayores que los actuales. Las estrellas formadas en dichos cúmulos eran enormes y muy calientes, con una masa entre cien y mil veces mayor que la del sol. Muchas de ellas vivieron algunos millones de años y murieron como supernovas. Su luz ultravioleta pudo haber desatado un hecho crucial en la evolución del Universo: La reionización del Hidrógeno, que pasó de ser un gas neutro a su actual forma ionizada, osea, cargada de electricidad. Otra posibilidad es que la reionización del universo se debiera a la radiación de quásares.
Los primeros quásares, descubiertos a finales de 1950, fueron identificados como fuentes de una intensa radioemisión. En 1960 los astrónomos observaron objetos cuyos espectros mostraban unas líneas de emisión que no se podían identificar. En 1963, el astrónomo estadounidense de origen holandés Maarten Schmidt descubrió que estas líneas de emisión no identificadas en el espectro del quásar 3C 273 eran líneas ya conocidas pero que mostraban un desplazamiento hacia el rojo mucho más fuerte que en cualquier otro objeto conocido.
Enriquecimiento químico del cósmos
En el curso de su vida y muerte, las primeras estrellas masivas crearon nuevos elementos químicos y los dispersaron por el espacio y por otros cúmulos protogalácticos. Una serie de elementos como el carbono, el Oxígeno el silicio y el hierro, se crearon por fusión nuclear dentro de los núcleos calientes de las estrellas; los elementos mas pesados que el hierro, el bario y el plomo, se formaron durante sus muertes violentas. Más tarde las estrellas de segunda y tercera generación, menores que las mega estrellas primigenias y formadas a partir del medio interestelar enriquecido, crearon más elementos pesados y los devolvieron al medio interestelar a través de vientos estelares y de explosiones supernovas. La fusión galáctica y la desaparición de gas de las galaxias produjeron más mezclas intergalácticas y dispersión. Estos procesos de reciclaje y de enriquecimiento del cosmos continúan en la actualidad. En la vía Láctea, los nuevos elementos pesados fueron esenciales para la formación de objetos, desde planetas rocosos a organismos vivos.
La sorprendente supernova Casiopea A es una esfera de material enriquesido en expanción en el espaci.o. Casi todos los elementos más pesados que el hierro se crearon y dispersaron en supernovas.
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