Respuestas (LXXX): ¿Qué fue de la supernova que impulsó la formación del sistema solar?

Carlos Morro me envió un correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com) preguntando sobre la supernova que dio lugar al sistema solar. ¿Qué se sabe sobre esa estrella que reventó y posibilitó nuestra existencia? ¿Tenía su propio sistema planetario? ¿A qué distancia ocurrió? ¿Y dónde están ahora los restos de su explosión? (esta última la he añadido yo)

El tema me pareció interesante pero, antes de empezar, habrá que aclarar cómo se formó nuestro sistema solar para asegurarnos de que todos partimos de la misma base que Morro.

El proceso de formación de las estrellas es simple: empieza con una nube de gas (compuesta principalmente por hidrógeno y helio) que flota por el espacio y, por un motivo u otro, aparecen en ella regiones más densas que comienzan a atraer material a su alrededor gracias a su mayor fuerza gravitatoria. A medida que estas bolas de gas se vuelven cada vez más grandes y densas, la presión sobre su núcleo va creciendo hasta que, cuando han acumulado la masa suficiente, aumenta tanto que desata una cadena de reacciones de fusión nuclear. Estas reacciones disparan millones de grados la temperatura del núcleo y el calor termina repartiéndose por todo el amasijo de gas, convirtiéndolo en una bola de plasma incandescente o, lo que es lo mismo, una estrella (hablaba sobre el mecanismo con más detalle en esta entrada).

Este proceso se puede ver en la siguiente simulación en la que varias regiones de una nube molecular se colapsan y empiezan a producir estrellas, todo mientras las diferentes partes del tinglado interaccionan gravitacionalmente:

El proceso de formación de planetas es parecido. El disco de gas que queda dando vueltas alrededor de una estrella tras su formación contiene partículas de elementos más pesados que empiezan a colisionar entre ellas, fusionándose, formando trozos de materia cada vez mayores y con un campo gravitatorio más intenso que atraen aun más material hacia ellos… Y el efecto bola de nieve continúa hasta que se convierten en planetas (hablaba los distintos tipos de planetas en este otro artículo).

Aquí tenéis otra animación del proceso, en la que se puede ver cómo la nucleación de planetas empieza en las regiones más densas del disco de gas y polvo, inducidas por la propia rotación del sistema:

Captado, pero… ¿De dónde salieron esos elementos más pesados que formaron los planetas rocosos, como Mercurio o Venus?

Buena pregunta, voz cursiva.

Después de que tuviera lugar el Big Bang, en el universo tan sólo existían átomos de hidrógeno y de helio (y alguno de litio). Pero, afortunadamente, estos átomos se empezaron a fusionar en los núcleos de las primeras estrellas que se formaron a partir de ellos, convirtiéndose en elementos más pesados como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno o el hierro. Las estrellas de esta primera generación eran inmensas y, cuando se quedaron sin combustible, terminaron sus vidas reventando en forma de las mayores explosiones conocidas, las supernovas, lanzado al espacio esos elementos pesados que guardaban en sus entrañas (otra cosa que comenté más concienzudamente en otra entrada).
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¿Qué significa realmente el concepto de “universo observable”?

En la última entrada estuve explicando cómo es posible que las galaxias más lejanas se estén alejando de nosotros a velocidades superiores a la de la luz si, en principio, ningún objeto que tenga masa puede igualar o superar esa velocidad. Y, por supuesto, quedaron algunas dudas en el aire que creo que la voz cursiva dejó apuntadas en algún lado.

Sí… Las tengo por aquí… Eh… ¿Cómo podemos detectar una galaxia que se aleja a una velocidad superior a la de la luz? ¿Y qué es eso del universo “observable”? ¿Es que hay partes del universo que no podemos observar? ¿Cómo podemos saber qué tamaño tiene el universo? 

Estupendo. Intentemos resolver el entuerto hablando un poco sobre los conceptos de volumen de Hubble y universo observable.

Como vimos en la entrada anterior, el espacio se expande de tal manera que la velocidad con la que las galaxias se alejan de nosotros aumenta cuanto mayor es la distancia que nos separa de ellas. Y, de hecho, si te alejas lo suficiente en cualquier dirección, terminas encontrando galaxias que se están alejando de nosotros a la velocidades iguales o superiores a la de la luz.

Esto significa que, desde nuestro punto de vista, podemos separar el espacio que nos rodea en dos regiones: una más “cercana” donde las cosas se alejan de nosotros a velocidades inferiores a la de la luz y otra “lejana” en la que lo hacen a velocidades superiores. En la frontera entre las dos se encuentra el llamado límite de Hubble, la franja del espacio en la que las cosas se alejan de nosotros a la misma velocidad que la luz.

Pero, ojo, que aquí llega un dato interesante: no podemos ver la luz emitida actualmente por los objetos que se encuentran más allá de nuestro volumen de Hubble (la esfera delimitada por el límite que tiene el mismo nombre) porque, en esta región, el espacio se expande tan deprisa que ni siquiera la luz es lo suficientemente rápida como para poder avanzar hacia nosotros a través de él. Es como si una persona normal se montara en la cinta de correr de Usain Bolt y le subiera la velocidad al máximo: por muy rápido que corra, la cinta siempre se moverá más deprisa y le arrastrará en la dirección contraria.
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Respuestas (LXXIX): ¿Por qué (a primera vista) el universo observable es más grande de lo que su edad le debería permitir?

Hace un par de semanas, Roberto López-Herrero preguntaba por Twitter cómo es posible que el universo observable tenga un radio de 46.500 millones de años luz, si el Big Bang ocurrió hace 13.800 millones de años.

Se trata de una duda que a todos los aficionados a la astronomía nos ha atormentado en algún momento de nuestras vidas: el universo se ha estado expandiendo desde que tuvo lugar el Big Bang pero, incluso suponiendo que las galaxias se hubieran estado moviendo a la velocidad de la luz, sólo podrían haber recorrido 13.800 millones de años luz en cualquier dirección durante todo este tiempo. Por tanto, siguiendo este razonamiento, el diámetro del universo actual no podría superar los 27.600 millones de años luz.

Pero, por supuesto, eso no es así: sabemos que el universo observable tiene un diámetro de 93.000 millones de años luz.

¡Y eso sólo puede significar que el universo se ha estado expandiendo a velocidades superiores a la de la luz! ¡Maldita sea! ¿No  decías hace una semana que es imposible que un objeto se mueva a la velocidad de la luz? ¿Cómo puede ser que haya galaxias que han movido incluso más rápido? ¿No será que el Big Bang no es más que una gran patraña? 

Pues no, voz cursiva, no es una patraña. Para entender lo que está pasando, empecemos por hablar de la expansión del universo.
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Algunos desafíos de viajar a velocidades cercanas a la de la luz

Las películas y las series de ciencia-ficción nos han acostumbrado a ver a sus protagonistas moviéndose de un lado al otro del universo como si se estuvieran paseando por su casa. Y, tal vez por eso, me da la impresión de que se tiende a infravalorar la dificultad real que supondría explorar el espacio: no hablo sólo de movernos de un lugar a otro dentro de la Vía Láctea, sino del sueño de llegar a expandir nuestra civilización más allá de nuestra galaxia hacia el resto del universo.

Total, que en la entrada de hoy quería comentar algunos de los desafíos más tochos que tendremos que superar para movernos con relativa libertad por el cosmos.

En primer lugar, abordemos el problema más obvio: las enormes distancias que separan las cosas en el espacio.

Cuando se habla del espacio que separa las estrellas, os sonará la medida del año luz, que equivale a la distancia que recorre un rayo de luz en el vacío durante un año… O casi 10 billones de kilómetros, teniendo en cuenta que la luz se propaga por el vacío a unos 300.000 kilómetros por segundo (km/s).

Para poner esta cifra en perspectiva pensad que, a 120 km/h, un coche tardaría casi 10 millones de años en recorrer un año luz, de modo que si ahora mismo pusieras rumbo a Alfa Centauri (la estrella más cercana a nuestro sistema solar) a esa velocidad, tardarías 38 millones de años en cubrir los 4 años luz que nos separan de ella. Más aún, incluso a la mayor velocidad alcanzada por un vehículo espacial hasta la fecha (los 265.000 km/h experimentados por la sonda Juno mientras se acercaba a Júpiter), una nave tardaría 17.200 años en llegar hasta la estrella más cercana.

Y, encima, para hacer el escenario aún más deprimente, nuestra galaxia mide 100.00 años luz de diámetro… Por no hablar del resto de las galaxias que nos rodean, porque hasta las más cercanas están a millones de años luz de nosotros.

Un gráfico que a lo mejor os ayuda a haceros una idea de lo lejos que está todo en el espacio.

¿Por qué recibes más radiación mientras vuelas en avión?

Hoy os traigo un vídeo nuevo en el que, siguiendo la línea del vídeo anterior, hablo sobre el origen de la radiación adicional que recibimos mientras vamos en avión… Y si es peligrosa o no (spoiler: no lo es).

Espero que os guste y, si es así, podéis darle un “meneo” al vídeo en este enlace de Menéame.net para ayudarme a aumentar su difusión. ¡Muchas gracias! 🙂