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Biografía del Universo 22: De la oscuridad a la luz




de 380 mil a unos 200 millones de años desde el inicio

En la entrada anterior de esta serie sobre la Biografía del Universo habíamos dejado a la materia oscura haciendo su trabajo de panadero amasador de la materia. Se estaba iniciando el nacimiento de las primeras estructuras cósmicas. Habíamos asegurado que la realidad fue bastante diferente a un proceso sencillo de ir agrupando progresivamente materia, lo mismo que el polvo se apelmaza dentro de la bolsa del aspirador casero gracias al potencial de succión generado por su motor/ventilador. En esta entrada entramos a desentrañar alguna de las particularidades de este proceso. Y para no descentrarnos, ahí va el mapa de posicionamiento temporal.

(Imagen a partir de “The Nuclear Wall Chart”, Nuclear Science Division del Lawrence Berkeley National Laboratory, fair use)

Para enlazar mejor con la entrada anterior, repito aquí uno de sus últimos párrafos: “Al principio de la compactación las partículas bariónicas -básicamente átomos de hidrógeno y helio-, al ser poco masivas, se moverían comparativamente a altas velocidades. El Cosmos en aquellos momentos se encontraba bastante frío con relación a lo que había sido, unos cientos de grados Kelvin como correspondía a la energía promedio de la radiación del orden de las décimas del electronvoltio. Incluso en algunos momentos aún menos, del orden de las pocas decenas sobre el cero absoluto. Por eso, poco a poco, la velocidad con la que se movían los átomos de hidrógeno se iría ralentizando hasta llegar a un nivel tal que hacía posible el que apareciesen rápidamente moléculas del mismo elemento por unión covalente de dos átomos.[1] Estos átomos y moléculas se fueron progresivamente enfriando y ralentizando más. Entonces la atracción gravitatoria de la materia oscura -que al no estar sometida a la presión de la radiación comenzaba con sus inestabilidades gravitatorias hacia la compactación sin que nada lo impidiera-, conjuntamente con el empuje que se produciría en los choques con los otros tipos de partícula, haría que los bariones de la materia luminosa poco a poco fueran “cayendo” hacia los centros supermasivos de los cúmulos de materia oscura, iniciando los primeros esbozos de la estructura del Universo que vemos.” 

El proceso que hemos explicado a grandes rasgos no debió ser tan elemental. No todo fue frenarse y caer en el pozo gravitatorio, porque todo tiene un límite. Al irse comprimiendo los grandes volúmenes de masas -gases-, los átomos y moléculas de la materia bariónica se tenían que ir acelerando dentro de un espacio cada vez más pequeño. El mayor número de colisiones consiguientes, y con una mayor energía en el choque, traía como consecuencia el que en estas zonas la temperatura aumentase, y ya sabemos que a mayor temperatura de la radiación mayor presión de tendencia expansiva dentro del gas.[2] Por todo ello podemos pensar que poco a poco se iba generando un potencial que se oponía a la compactación gravitatoria, llegandose con el tiempo a un equilibrio entre ambas fuerzas: gravedad/presión.

No creamos, sin embargo, que la compactación siguió esta sencilla regla general. En aquel “vacío”[3] amasijo de materia y radiación se daban unas circunstancias que retardaban y otras que aceleraban la congregación de las masas. Eso fue realmente importante, ya que todo ese juego de pros y contras configuraron un determinado y concreto patrón de densidades que, si no se hubiera alcanzado, no se hubiera generado este Universo tan espléndido como lo vemos ahora, con sus estructuras filamentosas y radiantes, llenas de galaxias y estrellas, cuásares y agujeros negros.

Entre las fuerzas del mal para la densificación se encontraban los campos magnéticos cósmicos. Este gran imán del Universo no sabemos muy bien por qué está ahí. Quizás apareció en los inicios del Big Bang como uno más de sus campos. Pero SÍ que actuaba, aunque… ¿cómo? Forzando las trayectorias del movimiento de las partículas ionizadas que estaban intentando congregarse formando un cuerpo masivo. Y esas trayectorias, que se ajustaban a las líneas de dichos campos magnéticos, no tenían por qué coincidir con las de la “caída” gravitacional, directamente hacia el centro de masas. Debido tan sólo a eso la compactación podía ralentizarse. Pero es que, además, las partículas cargadas, al ser aceleradas por los campos magnéticos de fondo, en su movimiento chocaban con las partículas no cargadas, dificultando en una segunda derivada la compactación gravitatoria.  Pero…

…otro fenómeno físico trabajaba en sentido contrario. Básicamente, lo que hacía era relajar la creciente temperatura que se iba consiguiendo al incrementarse la compactación. Si la masa comprimida por la atracción gravitatoria consiguiera no calentarse tan deprisa, entonces tendría un margen más amplio en su camino hacia mayores densidades, pues la antagónica presión de la radiación empezaría a notarse más tarde. Realmente había un “ventilador cósmico” que trabajaba en este sentido. Básicamente lo que hacía en las zonas de progresiva acumulación era “ventilar” energía en forma de fotones que podían abandonar el grumo de materia, con lo que así ésta seguía un camino más suave de calentamiento. ¿De dónde provenían estos fotones? En toda esta sopa, y aunque con espacios vacíos tremendos, los átomos chocarían unos con otros, con la consecuencia de que alguno de sus electrones orbitales ascendía a una capa de mayor energía. Con el tiempo -más bien poco- volvían a su querencia de un estado de menor energía: saltaban de nuevo a su órbita inferior emitiendo fotones,[4] alguno de ellos refrigerante que se perdía en el espacio lejos de la zona de conglomeración de materia.

Con tanta palabra, no nos olvidemos de lo que estamos hablando. Datos infrarrojos del campo profundo de Hubble tomados con la Wide Field Camera 3 (WFC3). Los colores se han asignado de forma artificial siguiendo un patrón de longitudes de onda infrarroja (Wikimedia, NASA, dominio público).

Además, se daba otro proceso aún más eficiente, al que teóricamente en física se le conoce como “excitación de un gas perturbado”. Tenía relación con las moléculas de la sopa gravitatoria bariónica, que en aquel momento en su mayoría era de hidrógeno. Esas moléculas estaban sometidas a estrés de movimiento en un medio compacto donde se está incrementando la temperatura, y en donde chocaban unas con otras transmitiéndose energía y alterando continuamente sus trayectorias. Algunas moléculas se salían de la disciplina que Boltzman definió para un cuerpo negro, como lo era el cúmulo de gas. Pero obligatoriamente tenían que volver a ella, y lo hacían emitiendo fotones que aliviaban la tensión cinética. Eso era precisamente lo que pasaba con nuestras moléculas de hidrógeno, que así se travistieron en potentes refrigeradores de los protocúmulos.

Gracias a todos estos efectos la acción gravitatoria pudo seguir consolidándose hasta estados impensables. En los primeros recorridos hacia una gravedad más potente tendremos que pensar que las nubes de gases, en aquel momento estables, se irían comprimiendo, con el resultado de que aumentaría su presión interna que aún sería capaz de sujetar a la gravedad. Por lo que durante un tiempo se iría manteniendo por sí solo un estado transitorio dinámicamente semejante al inicial, a lo largo del cual se iría acarreando cada vez una mayor masa desde los alrededores, hasta llegar a una determinada, que llamaremos crítica, tras la que se inestabiliza, consiguiendo la gravedad vencer a las fuerzas de presión de la nube de gases, que por fin colapsará en todo su volumen. Ello será así cuando en una nube de gases su energía gravitatoria sea más grande que su energía térmica.[5]

Teóricamente, el pulso entre gravedad y presión lo describe la siguiente relación que define la masa mínima (“crítica”) que se precisa para iniciar un proceso de compresión exitoso. La calculó a principios del siglo pasado el astrónomo James H. Jeans y se conoce como la masa de Jeans:

La Masa crítica de la nube mantiene una proporcionalidad directa con la Temperatura e inversa con la Densidad

Lo cual es lógico, ya que cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la presión interna, y cuanto menor sea la densidad, menor será la energía gravitatoria. En el primer caso se requerirá una mayor masa para vencer la mayor presión, y en el segundo se requerirá también una mayor masa que refuerce el efecto gravitatorio. Es decir, a cualquier  nube de gas  sólo le hace falta ser lo suficientemente masiva y fría para que comience su colapso gravitatorio.

Además, un incremento de volumen va a favor de la gravedad ya que su energía absoluta en la nube crece con la potencia quinta del radio, mientras que la de la presión que se contrapone solamente crece con la potencia tercera del radio.[6] Al aumentar el tamaño de la nube llegará un momento en que la gravedad será la que domine. Según ello, cualquier cantidad de masa puede colapsar, ya sea grande o pequeña, venciendo a la presión, y no sólo dependiendo de la temperatura o la densidad de la nube, sino que también es decisivo cuánto de grande sea el espacio en donde se encuentra repartida. Para grandes temperaturas, la masa crítica tiene que ser muy grande. Pero podemos hacerle trampas con la densidad: si a las grandes temperaturas le confrontamos el escudo de una pequeña densidad repartida en un gran volumen, teóricamente con poca masa podemos a la larga compactar gravitatoriamente una zona del espacio sin que la presión del movimiento de las partículas del gas nos moleste. Lo que nos dice que la casuística para el derrumbe gravitatorio es muy variada, aunque, si miramos a las masas de gases que observamos a nuestro alrededor, veremos que dominan las nubes moleculares a 10K y densidades de cincuenta protones por cada centímetro cúbico, las cuales teóricamente pueden tardar en colapsar hasta cien mil años cuando consigan congregar una masa doscientas veces la de nuestro sol.

Mirad a dónde nos estamos asomando (Imagen: NASA, ESA, P. Oesch y B. Robertson (University of California, Santa Cruz), y A. Feild (STScI), dominio público)

Con todo esto en mente, vamos a dar un paso más. Dentro de una gran nube de gases y polvo las densidades puntuales pueden ser resultado de sucesos aleatorios. Aunque, en realidad, en nuestra nube inicial poco polvo encontraríamos… aún era una idea del Universo para el futuro.

Los primeros efectos de la compresión se debieron notar lógicamente en las grandes nubes de materia. Aunque inicialmente tuvieran pequeñas densidades, como estaba repartida en grandes volúmenes, la gravedad comenzó a dominar. Los átomos, moléculas y todo tipo de partículas seguirían unos movimientos aleatorios, no “caerían” verticalmente hacia el centro de atracción gravitatoria como cae una piedra en la Tierra. Durante estas erráticas caídas chocarían unos con otros, se verían obstaculizados por las partículas cargadas que se movían de acuerdo a las líneas de campo del magnetismo de fondo del Universo e, incluso, las fuerzas gravitatorias tirarían de ellos de formas muy poco homogéneas… todo lo cual induciría unas trayectorias en zigzag y rotatorias, con densificaciones locales aleatorias que hacían imposible el que las fuerzas de la compresión fueran iguales en todos los puntos. Tampoco en todos los puntos el ventilador de fotones actuaría con la misma intensidad, de tal manera que no todas las masas de moléculas o átomos, en sus caminos de agrupamiento, podrían ejercer parecidas resistencias a la oposición que les ejercían la presión y la temperatura.

Dentro de estas grandes masas de gas comprimiéndose, y gracias a sus particulares “ventiladores”, la temperatura se mantenía casi constante mientras que la densidad se incrementaba terriblemente, siguiendo un ritmo de la tercera potencia del factor de contracción volumétrica. Las potenciales masas críticas de Jeans en su interior iban disminuyendo. Y ya hemos dicho que no todas las zonas dentro del gran cúmulo seguían el mismo historial. Algunas de menor tamaño, distribuidas aleatoriamente en el espacio, alcanzarían antes la condición de masa de Jeans, por lo que, aquí y allá, comenzarían a verse subgrupos colapsando a su aire dentro de un núcleo gigantesco que lo hacía a su ritmo desde hacía mucho. En los pequeños núcleos, como una segunda derivada, ayudaría también en su proceso de compactación esta progresiva mayor densidad diferencial con su entorno, puesto que ello suponía un mejor blindaje frente a los rayos ultravioleta -a mayor densidad, menor penetración- que pudieran ionizar partículas en su interior. Ya sabemos que las partículas ionizadas en conjunción con los campos magnéticos de fondo dificultaban la compactación gravitatoria.

Así que inicialmente las zonas de grandes masas fueron las que antes corrieron hacia posiciones de compresión. Como consecuencia, se fueron formando los primeros cúmulos de la historia universal. Y, en su interior, los pequeños núcleos de alta masa, con la que habían conseguido la necesaria densidad para darles el diploma de poseedores de masa crítica, tenían también ventajas en el proceso: se aprovecharon de la compresión global de su entorno iniciando la suya particular. Esto explicaría el por qué un gran cúmulo de gases no se transforma en una gran estrella, sino en una familia de ellas que se comportan como un conjunto. Todo en base  a un proceso autorregulado ya que las primeras estrellas en encenderse ionizaban el cúmulo de gas con los energéticos rayos ultravioleta que generaban en sus procesos internos de fusión. Eso hacía que la energía cinética del gas disponible para nuevas estrellas fuera cada vez mayor, que es lo mismo que hacer más difícil la compactación de nuevas masas hacia nuevas estrellas. Sólo las primeras estrellas tendrían potencial gravitatorio para deglutir la masa disponible en la nube. Por lo que en cada cúmulo de gas sólo se daría a luz un número limitado de estrellas. Un ejemplo de ello lo podemos ver en la imagen siguiente, actual,[7] de la nebulosa Rosetta.

Imagen actual de la nebulosa Rosetta, a 5.200 años luz de la Tierra, cuna de unas pocas estrellas que canibalizan la materia disponible para un mayor número de ellas (Imagen: NASA, uso público)

Pero si volvemos a nuestra época cósmica, a los minicúmulos que recientemente se iban haciendo independientes dentro de la gran nube de gas, iremos observando en su desarrollo cómo la compresión llegó a densidades y presiones tan importantes que el ventilador de fotones dejó de funcionar con eficacia. La consecuencia fue que la temperatura subió, que es lo mismo que decir que la velocidad de los átomos y partículas que los formaban se incrementó. Al incrementar su temperatura y su dinámica, a la vez que estaban reduciendo su tamaño -su radio-, estas relativamente pequeñas masas de materia formadas por partículas que se movían y giraban tenían que mantener su momento angular, simplemente porque se lo ordenaba el principio de conservación del momento angular.[8] Si disminuyes tu tamaño, tu radio, como les estaba pasando a estos “minicúmulos”, se va a producir un incremento de la velocidad de giro, por lo que cada vez giraban más y más rápido, como peonzas dentro de los cúmulos de materia oscura que las portaban. La rotación acelerada producía un viento centrífugo de partículas que chocaban con las vecinas del exterior, ejerciendo sobre ellas un influjo de ralentización en su velocidad de caída gravitacional, en su apelmazamiento hacia el centro. Era como si se fuera generando un huevo aislado en cuyo interior la presión iba en aumento mientras que en su exterior todo quedaba más relajado.

Sin embargo, la conservación del momento angular también podía ser un elemento que impidiera la compresión. El momento angular del conjunto no tenía que sobrepasar un determinado límite frontera, tras el que los movimientos iban a ser tan violentos que no se conseguiría la formación de estructuras. Tenía que aparecer algún fenómeno que disminuyera la tensión de giro. Uno de los procesos que relajarían el momento angular del conjunto sería la expulsión de grandes masas -arrastrando parte de la energía de giro- fuera del sistema. Pero fue más común, quizás por ser energéticamente más equilibrado, el mantener gran parte del momento angular dentro del sistema, siguiendo el procedimiento de que un pequeño grupo de concentraciones de masa se agrupase solidariamente -la unión hace la fuerza- contra el “enemigo”, manteniendo una dinámica de giro conjunto alrededor de un centro común de masas: estamos hablando por primera vez de lo que serían las semillas de las estrellas, que no irían apareciendo dentro de la nube de gas solitarias, sino en conjuntos de dos o más, lo cual aportaba un punto más de redistribución del momento angular al permitir la rotación de ellas alrededor de su centro de masas. De forma que con el tiempo, tras violentos cambios gravitatorios, los modelos de cálculo nos dicen que se deberían ir consolidando sistemas estelares en una proporción de 25 conjuntos triples por cada 65 dobles, dejando un resto de 35 estrellas solitarias como lo es nuestro Sol. Tal como lo vemos hoy.

Simulación de un baile de las dos estrellas de un sistema binario alrededor de su centro de masas marcado como una cruz roja (Wikimedia, dominio público)

Todos estos procesos sucedían por primera vez cuando estábamos llegando al año 150 millones desde el momento inicial del Big Bang.

Dentro de cada uno de los puntos calientes de este rosario que se produjo en el Cosmos, la gran presión y temperatura, que llegó a 104 K, forzaron la ruptura de las moléculas de hidrógeno y helio. Más tarde, tan pronto como la temperatura alcanzó valores que lo permitieran, estos átomos se ionizaron. En esos grumos todo volvió a ser algo parecido al plasma original, la radiación ya no se escapaba y volvía a ser esclava de la materia. Estos fueron unos momentos críticos para nosotros, ya que estas circunstancias iniciaron, en lo que iban a ser las primeras estrellas, los procesos de fusión a partir de las moléculas de hidrógeno disgregadas. El Universo se abrió a la posibilidad de enriquecer su nómina de elementos químicos… ¡qué seríamos nosotros sin el calcio o el magnesio, el carbono y el oxígeno.[9] Se estaban formando las primeras galaxias, esas que creemos haber visto con el telescopio Hubble en los primeros cientos de millones de años tras el Big Bang. Entre ellas la que conocimos en la entrada anterior, GN-z11. Dentro de ellas tenían que habitar unas estrellas, aún no vistas, que se las conoce como de Población III, mucho más masivas que nuestro Sol, supercalientes y que debieron tener una vida fugaz, quizás unos 4 o 5 millones de años.

Lo “breve” de su existencia se explica ya que en aquel momento prácticamente todo era hidrógeno y helio. Y sucede que a partir de gases muy ligeros, lo que suponía densidades bajas, la compactación sólo se consiguió, según nos dice el ya mencionado equilibrio de Jeans, cuando acabó por reunirse la masa requerida como para que por su cuantía se hubiera alcanzado el necesario poder gravitacional. Y en las estrellas, incluidas las actuales, sucede que a mayor masa comprimiendo se necesita una mayor presión para contenerla, y eso solo puede ser consecuencia de una mayor viveza en las reacciones de fusión en su interior. Y eso implica una quema de combustible muy rápida y, por tanto, vidas muy cortas.

El proceso en su conjunto debió ser espectacular. A medida que se iba compactando la nube de gas el ventilador de fotones iba haciendo su papel, cada vez con mayor intensidad al irse incrementando la temperatura de la nube que se apelmazaba. A lo largo de la larga “caída gravitatoria” se cree que la mitad de la masa se transformó en energía calorífica que iba siendo irradiada al exterior gracias a sus mecanismos de enfriamiento, radiación que tenía que ser más intensa a medida que la masas compactada alcanzaba más y más temperatura. Durante un brevísimo instante de tiempo nuestro proyecto de estrella brilló con una luminosidad infrarroja superior a la de 10.000 soles. Luego llegó el momento en que comenzó la fusión nuclear, de forma que este cuerpo de gas irradió nuevos fotones mucho más energéticos. El conjunto debió de ser como un prolongado flash de luz que pasó del no visible infrarrojo a un continuo espectro luminoso… y más.

Se había encendido la luz de las estrellas y el Universo, que hasta entonces había sido oscuro, comenzó a ser un espectáculo de luz, parte de la cual se encontraba dentro de la escala de frecuencias detectables por un ojo biológico. Sí, efectivamente, entonces no había ojos, lo cual no quita ningún ápice al esplendor del momento.

Aunque a la par algo iba sucediendo. Lo veremos en la siguiente entrada. ¡Paciencia!

 

  1. Las uniones químicas covalentes -para más detalles ver esa entrada de este blog que nos acoge- no son más que el resultado de que a los átomos de los elementos les chifla llegar a tener la capa más externa de electrones absolutamente rellena, para parecerse en configuración al gas noble más próximo que tengan. Así, al hidrógeno le apetece parecerse en sus electrones a lo que tiene el helio, es decir, dos. Y para eso lo que hace es buscarse un partenaire con el que compartir para rellenar el primer nivel. Dos hidrógenos lo harán con un oxígeno y saldrá una molécula de agua, H-O-H. Dos hidrógenos se entenderán y formarán su molécula de H2 con una energía de enlace de 4,52 eV. Imaginad su fortaleza cuando en aquellos momentos la energía promedio del Universo rondaría las centésimas de un electronvoltio []
  2. Todo este lío proviene de que a las nubes de gas que se estaban comprimiendo se les podía considerar como nubes de un gas perfecto, en donde se cumpliría la ecuación de estado que relaciona presión, volumen y temperatura de una forma muy precisa, y de que normalmente la temperatura mide la energía cinética media de las partículas. []
  3. Comentamos ya en la entrada anterior cómo la densidad promedio del gas era más débil que la de nuestra atmósfera terrestre a nivel del mar en un factor de 108. []
  4. Fotones que incluso podrían reforzar este mismo proceso al chocar con los electrones de los átomos del gas. Podemos pensar que lo mismo podía suceder con los fotones de la radiación de fondo salidos de la recombinación. Pero éstos, ya inicialmente “fríos”, seguían su proceso de enfriamiento con sus ondas cada vez más alargadas siguiendo la expansión, por lo que no podían participar en el baile general del gas. []
  5. La energía térmica es proporcional a la velocidad de los átomos y moléculas dentro del sistema de gases. A mayor temperatura, mayor será la violencia entre los choques que se produzcan y mayor la presión interna generada. []
  6. Como podemos ver al analizar la ecuación que fija la condición con la que nos estamos manejando: que la energía gravitacional sea mayor (>) que la energía térmica. La ecuación es la siguiente: 3/5 [GM2/R] > 3/2 [M/μmH] kT en donde M, R y T son respectivamente la masa, el radio  y la temperatura de la nube. Y la masa, a su vez, es proporcional al cubo del radio. []
  7. Realmente la imagen que captamos ahora en la Tierra salió del lugar donde se situaba la nebulosa hace 5.200 años. La radiación de las estrellas jóvenes excitan los átomos de la nebulosa haciendo que emitan radiación dándole esta sensación de brillo. []
  8. El principio de conservación del momento angular dice que si el momento de las fuerzas exteriores es cero -lo que no implica que estas fuerzas sean cero-, el momento angular total se conserva, es decir, permanece constante. []
  9. Si queréis saber de este misterio os recomiendo leer esta entrada del blog El Tamiz que habla de ello en el contexto de las supernovas de tipo II. []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 24 } Comentarios

  1. Gravatar Isidoro | 19/12/2017 at 02:09 | Permalink

    Creo que hay un error en el punto 7. Roseta está a 5200 al, no 5200 millones al. Me gusta la serie. Gracias

  2. Gravatar Franco | 19/12/2017 at 03:10 | Permalink

    bravo, soberbio . así me parece a mi que debe ser la buena divulgación científica , se nota que lo disfrutas Jreguart . y obviamente nosotros también . la materia oscura , los principios de la termodinámica , la masa de Jeans, El principio de conservación del momento angular y tantos otros que permiten demostrar y explicar cada paso que finalmente conducía a la formación de estrellas y galaxias ; y casi todos estos principios y constantes están aquí con nosotros hasta en lo más simple y cercano , que cualquier persona que no sabe de estos temas creería que a esas escalas distancias y tiempo rigen otras leyes totalmente distintas …. no me canso de sorprenderme con las maravillas del universo , de físicos , astrofísicos , matemáticos y tantos otros que desentrañan sus grandes misterios .

  3. Gravatar jreguart | 19/12/2017 at 07:56 | Permalink

    Hola Franco,

    Gracias por tus elogios casi hiperbólicos. La verdad que es fácil entusiasmarse al mirar al cielo.

  4. Gravatar jreguart | 19/12/2017 at 08:01 | Permalink

    Hola Isidoro,

    gracias por tu comentario. Efectivamente había un error en las unidades. Corregido.

  5. Gravatar Franco | 22/12/2017 at 06:29 | Permalink

    Jreguart, te has enterado del revuelo que hay con respecto a “La materia oscura no son agujeros negros de masa estelar”. y en la otra vereda . por el hecho de ser invisibles y tan masivos hay otros que los postulan como la verdadera materia oscura . Miguel Zumalacarregui v/s Juan García-Bellido.

  6. Gravatar Dino | 23/12/2017 at 02:02 | Permalink

    yo creía definitivamente resuelto aquello de que la materia oscura y no la materia bariónica era la del “trabajo de panadero amasador de la materia”.

  7. Gravatar jreguart | 23/12/2017 at 11:37 | Permalink

    Hola Franco,

    veremos a ver quién tiene razón. La verdad que la hipótesis de agujeros negros primordiales como componente fundamental de la materia oscura me resulta altamente estimulante y sin necesidad de demasiados actos de fe. Sin embargo parece que la idea no se ve apoyada por la modelización o la observación. Habrá que esperar.

  8. Gravatar jreguart | 23/12/2017 at 11:59 | Permalink

    Hola Dino,

    estamos bastante seguros de que la materia oscura sí fue realmente la que dibujó los patrones de la materia bariónica observable, galaxias y demás. Una buena estimación apoyada por simulaciones y observaciones. Lo que no tenemos ni idea es de qué es lo que pueda ser la materia oscura… y aquí entra la controversia de los agujeros negros primordiales como posibles candidatos a panadero.

  9. Gravatar Alonso | 27/12/2017 at 11:08 | Permalink

    En el caso de ser los agujeros negros primordiales los responsables de todo aquello atribuido a la materia oscura , ¿deberíamos seguir considerando ese 25 % que representa esta tan elusiva materia? ya que éstos agujeros al no estar constituidos ni por cadáveres estelares ni por la indetectable materia oscura , sino que deberían su origen simplemente a la extrema densidad del Universo al inicio de su expansión . Mirado de este modo Me cuesta considerarlos como que representan una parte de la materia- energía del universo .

  10. Gravatar jreguart | 28/12/2017 at 10:47 | Permalink

    Hola Alonso,

    realmente los astrofísicos aún no están de acuerdo con la solución del dilema. Lo que sí sabemos es que tiene que existir una materia que explique el 25% de la densidad crítica. Ya sean WIMP’s o ya sean MACHO’s. Si resulta que son los agujeros negros primigenios lo único que pasaría, opino, es que podríamos poner ya nombre a la materia oscura echando mano de la física que ya conocemos y, por tanto, habría que añadir este 25% al 5% de materia bariónica de la que sabemos por ahora. Densidad crítica = 30% materia bariónica + 70% energía oscura. Repito que es mi opinión… no soy astrofísico. Aunque me imagino que si los agujeros negros fueran de materia bariónica digamos que “normal”, la compactación gravitatoria asimilada a las ondas sonoras en el plasma antes de la época de la recombinación hubiera sido distinta y por tanto las estructuras del universo no serían como son ahora.

  11. Gravatar Alonso | 30/12/2017 at 03:08 | Permalink

    No entiendo a lo que te refieres con densidad crítica , me lo puedes explicar a grandes rasgos por favor? Lo único que puedo entender es que sin esta fuerza no se habrían formado cúmulos estelares , ni estrellas y planetas Y la energía oscura con su expansión del universo lo tendría todo disgregado o algo así .

  12. Gravatar jreguart | 30/12/2017 at 09:07 | Permalink

    Hola Alonso,

    la densidad crítica es la densidad de materia/energía del Universo y es la que le hace tener una geometría determinada. Por lo que sabemos nuestro Universo local adopta una geometría plana y en él medimos una densidad de 10*-29 gr/cc. Esta masa/energía es la que creemos proviene de un reparto de aproximadamente 5% de masa bariónica, 25% masa oscura y 70% energía oscura (Encontrarás una explicación en la entrada número 19 de la serie [https://eltamiz.com/elcedazo/2017/11/12/biografia-del-universo-19-lo-que-nos-ensena-la-radiacion-de-fondo-ii/] y un mayor detalle del reparto en una próxima entrada [creo que será la 26].

    En principio es cierto lo que dices: “…sin esta fuerza [la gravitacional provocada por la materia oscura] no se habrían formado cúmulos estelares, ni estrellas y planetas. Y la energía oscura con su expansión del universo lo tendría todo disgregado…” Sin materia oscura, sea lo que sea ese componente del Universo, este sería de muy distinta forma al que observamos. No existiría la Vida en ningún punto de él, no existiríamos nosotros…

  13. Gravatar Alonso | 02/01/2018 at 02:21 | Permalink

    Jreguart, “los expertos llegan a la conclusión de que se necesita aún más masa para asegurar que los pozos gravitatorios sean lo suficientemente profundos como para explicar lo que se observa”. esto que extraje del link que me diste ha permitido un mayor esclarecimiento para mi del tema , y me hace pensar que ese efecto de arremolinar la materia bariónica con las consecuencias a la vista producto de la materia oscura , parece ser que ya no se volverá a producir otra vez , e irremediablemente fruto de la expansión exponencial del cosmos debido a la energía oscura , esta vez sí que nada impedira lo aparentemente inevitable .

  14. Gravatar Gael | 02/01/2018 at 10:03 | Permalink

    es de esperar que en algún capítulo posterior nos expliques también (si es que existe tal explicación) que es lo que le da esa energía interminable a la energía oscura , porque no creo que sea de un pozo infinito . si se está creando más espacio de forma espontánea de la nada, y el espacio tiene una energía intrínseca, ¿no se está violando el principio de conservación de la energía?.

  15. Gravatar jreguart | 03/01/2018 at 01:47 | Permalink

    Hola Gael,

    hablaré un poco de la energía oscura en una futura entrada que dedico a pintar el carnet de identidad del Universo ya construyendo sus estructuras como las actuales. Pero hablé con un poco más detalle de lo que pudiera ser la energía oscura al final de la entrada 05 [https://eltamiz.com/elcedazo/2017/04/15/biografia-del-universo-05-inflando-el-universo-ii/]. La verdad es que no sabemos nada de nada de lo que pueda ser la energía oscura… sólo vemos una expansión en el tejido del universo del que hacemos responsable a un personaje que llamamos energía oscura. Algunos lo explican como una energía intrínseca del tejido espacio-tiempo al tener una densidad energética constante, lo que se conceptúa como la Constante cosmológica. Otros dicen que es una presión negativa que introduciría un campo específico que cabalga sobre el tejido del Universo ya que una presión negativa actúa según las ecuaciones de Einstein como una antigravedad. E incluso hay más ideas al respecto que no intento ni explicarme.

    En cuanto a la conservación de la energía a escalas cosmológicas parece que no tiene que ser realmente así. Por ejemplo, al expandirse el universo la longitud de onda de los fotones primordiales se ensancha, lo que quiere decir que esos fotones pierden energía ¿a donde se va si hay que aceptar la conservación de la energía? O si las galaxias se separan con la expansión ¿a dónde se va la disminución de energía potencial que se produce? La energía oscura, sobre la que te preguntas, que crece constantemente con la expansión sería otro caso de magia energética.

    Al escribirte esto último me he acordado de Alan Guth y su famosa frase: “Toda la materia, más toda la gravedad en el universo observable, es igual a cero. Por eso el Universo pudo surgir de la nada, porque es, básicamente, nada”. Quizás siga siendo esa la explicación. Energía a cambio de gravedad.

  16. Gravatar Anibal | 04/01/2018 at 03:38 | Permalink

    ” Por eso el Universo pudo surgir de la nada, porque es, básicamente, nada”. probablemente suena bastante lógico y coherente física y matemáticamente hablando , pero el sentido común incluso en este tema tan científico , no lo tolera , me rechina en los oídos tamaña posibilidad . para mi desde el momento que surge algo de esa hipotética nada , deja de serlo inmediatamente . no creo que sea la única posibilidad . no se por qué , pero creo que lo proponen porque es la solución más fácil de explicar hasta ahora lo inexplicable . el saber científico se va ampliando , quizá mañana nuevos descubrimientos nos señalen otras posibilidades jamás imaginadas . en fin ….gracias por tu gran aporte y generosidad al compartir conocimiento .

  17. Gravatar jreguart | 04/01/2018 at 09:21 | Permalink

    Hola Anibal,

    lo que me encanta del método científico es que no exige fe y que incluso, si se descubre algo equivocado en una antigua teoría, hay un gran alborozo entre los físicos ya que se les abre una nueva ventana para perfeccionar el conocimiento. Te digo eso porque la idea de que el Universo entero saltó desde un vacío cuántico es nuestra mejor teoría sobre los inicios de nuestro espacio-tiempo y concuerda como elemento causante de todo lo que vemos hoy. Es lo mejor que tenemos… pero siendo lo mejor no estamos seguros de que fuera así porque no podemos experimentar con los nacimientos de Universos. En este sentido, y a pesar del interrogante, yo apuesto por el nacimiento desde el vacío gracias a una fluctuación cuántica de ¿?… nadie lo sabe.

    En otro orden de cosas la intuición no es la mejor herramienta que podemos utilizar para observar nuestro Cosmos, a gran y a pequeña escala. La intuición es el reflejo de un estado corporal nacido ancestralmente gracias a la evolución en los organismos vivos. La intuición es el resultado de un estado somático inconsciente que surge como respuesta automática dirigida a conservar el equilibrio vital: es una herramienta básica de supervivencia, como evolutivamente más tarde lo será la emoción miedo o la emoción placer… o cualquier otra emoción que maneja nuestra carta de marear. Por lo que la intuición solo es recomendable tenerla en cuenta en el campo para lo que nació: ayudar a mantener la vida a nivel, digamos, que humano. Con la intuición no te puedes mover ni en el mundo relativista ni en el mundo cuántico. Y sin embargo estos otros mundos fuera de nuestras necesidades vitales más perentoria existen. Hace poco se ha comprobado a través de un experimento a nivel atómico que la temperatura puede fluir desde un punto frío a un punto caliente: una lección de humildad para la intuición. Con respecto a esto de aplicar la intuición en cualquier campo de estudio físico te propongo leer una entrada que el gran Pedro nos propuso en su serie “Cuántica sin fórmulas” en el blog hermano El Tamiz : https://eltamiz.com/2007/09/04/cuantica-sin-formulas-preludio/

    Muchas gracias por tu comentario y feliz año 2018.

  18. Gravatar Anibal | 04/01/2018 at 11:14 | Permalink

    Entiendo tu punto , pero no te olvides que la ciencia trabaja con partículas , y mientras las haya puedes hacer todos los cálculos que quieras . Que hace un físico, un matemático un filósofo , si quieres también , donde no existe nada ? Ahora si tu me dices que el universo pudo surgir de esos vacíos cuánticos donde existen partículas virtuales , y te hablan de vacíos falsos y verdaderos con muy poca o enormes cantidades de energía contenidas en ellos . Para mi , eso no es la nada . Y no me deja tranquilo que me digan : mira ahora nos vamos a dedicar a descubrir como funciona el cosmos , que es lo único que nos queda , porque todo surgió de la nada y punto , fin de la investigación en ese campo y no se habla más del asunto .

  19. Gravatar jreguart | 04/01/2018 at 01:21 | Permalink

    Hola Anibal,

    evidentemente el decir que salió de la nada no es más que una aproximación válida y que de ninguna manera supone “fin de la investigación”. Y también me parece evidente que el hecho de que digamos que pudo surgir de una fluctuación cuántica exige la existencia de unas leyes cuánticas, al menos el principio de incertidumbre. Es cierto que eso no es que sea la nada, aunque eso se entiende como vacío cuántico. Ante un interrogante tan trascendental cada uno está en su derecho de pensarlo como crea mejor. Yo quiero creer que estamos en esta fase semejante a cuando creíamos que los planetas se movían gracias a la armonía de las esferas. Tuvieron que llegar Copérnico, Kepler y Newton para decirnos que se movían gracias a unas leyes hasta entonces desconocidas. Quiero creer que nos falta información y conocimiento, cosa que vendrá en el futuro de forma que nuestros “tata…tataranietos” dirán ¡pero que brutos eran los del siglo XX! Quizás sea otra especie de fe lo mio, pero me parece que el triple salto mortal que supone puede estar más engrasado.

  20. Gravatar Anibal | 05/01/2018 at 12:09 | Permalink

    “Toda la materia, más toda la gravedad en el universo observable, es igual a cero. Por eso el Universo pudo surgir de la nada, porque es, básicamente, nada”. esa frase de Guth es más que contundente , no hay duda alguna que se refiere a la nada absoluta . las fluctuaciones a las que se refieren , pertenecen al universo y surgieron junto con él . todas las leyes incluido el principio de incertidumbre , partículas virtuales , vacío cuántico . todo todo eso y por descubrir pertenecen a este universo , porque sigue en continua interacción y relación ese mundo de fluctuaciones con cada átomo que existe . creo que es mejor decir : lo único que tenemos para ofrecer aunque parezca absurdo para muchos . es que todo lo conocido hasta ahora surgió en un instante : las leyes del universo , el tiempo , espacio , materia , energía etc etc . por lo tanto decir que fue producto de una fluctuación , es admitir que el principio de incertidumbre y la mecánica cuántica ya existían previo al big bang , es una clara contradicción ; de hecho tengo una definición por aquí : “En física cuántica, la fluctuación cuántica de la energía es un cambio temporal en la cantidad de energía en un punto en el espacio,​ como resultado del principio de incertidumbre enunciado por Werner Heisenberg”.

  21. Gravatar Gael | 07/01/2018 at 09:33 | Permalink

    “La intuición es un concepto de la Teoría del conocimiento aplicado también en la epistemología que describe el conocimiento que es directo e inmediato, sin intervención de la deducción o del razonamiento, siendo considerado como evidente. Se cree que la percepción sensible ofrece un conocimiento intuitivo de la realidad. De la misma forma, el entendimiento tenía una “intuición intelectual” capaz de conocer la esencia de las cosas y sus diversas formas mediante los conceptos. En la Edad Moderna ha sido estudiado por los racionalistas, los empiristas, Kant y el criticismo y la fenomenología. No obstante lo anterior, poco a poco el problema de la intuición ha ido derivando desde el campo de la especulación filosófica al campo de la ciencia positiva, siendo considerado más bien un tema de investigación psicológica y neurológica. Según algunas teorías psicológicas, se le llama intuición al conocimiento que no sigue un camino racional para su construcción y formulación, y por lo tanto no puede explicarse o, incluso, verbalizarse”. esa es una definición de intuición que leí . lo interesante sería tener la opinión de la comunidad científica . para mi la intuición es una parte de la inteligencia , con otra forma de manifestarse . me recuerdo el caso de Kekulé y su sueño con la serpiente que muerde su cola , lo cual le ayuda a determinar la estructura anillada del benceno . como se puede llamar a eso? , la mente se sirve de un sueño para dar una respuesta que de forma clásica racional no entrega? . es un tema interesante para estudiarlo.

  22. Gravatar jreguart | 07/01/2018 at 10:14 | Permalink

    Hola Gael.

    Sin lugar a dudas las habilidades de nuestro cerebro son apasionantes. Al respecto de la intuición trascribo la respuesta de Antonio Damasio en una entrevista que le hicieron:

    ¿Qué es la intuición?” “Una manera de razonar que no sigue las fases habituales del proceso consciente. Si usted me hace una pregunta y yo contesto de una manera razonada, pasaré por toda una serie de fases lógicas en la producción del pensamiento. Una cosa me llevará a otra, y así sucesivamente. La intuición pasa de la pregunta a la respuesta sin seguir el camino habitual del raciocinio. Es la experiencia del “eureka, lo he conseguido”, sin saber como ha sido. Es muy interesante porque la intuición es la manifestación de una ayuda emocional al sistema de razonamiento. En la intuición, lo que sucede es que el raciocinio está funcionando, pero no de una forma consciente, y la emoción le está ayudando en este recorrido. Ahora bien, si una persona es intuitiva, es porque ha educado su intuición.

    Mi razonamiento surge de la última frase. Si uno no se entrena, y eso creo que quiere decir “si uno no trabaja el conocimiento y otras habilidades racionales” al nivel que sea, no se producirá la intuición. La intuición tira de experiencias pasadas (necesita de un banco de datos en la memoria) marcadas con un marcador somático (eso también se lo he copiado a Damasio) provocado por la emoción generada durante la experiencia. Si no hay experiencias adecuadas, porque no se han vivido o porque se sitúan en órdenes “no naturales” para nuestra biología, nunca podrá surgir la intuición necesaria, por muy bien que nos funcione nuestro cerebro emocional. Con eso enlazo con un comentario anterior de Aníbal y mi respuesta.

  23. Gravatar Gael | 09/01/2018 at 12:43 | Permalink

    Jreguart. pero que interesante el tema éste . seguiré investigando por mi cuenta para no cortar el hilo de ésta entrada , más adelante quizás podrías compartir con nosotros más de este conocimiento u otros conceptos que usamos a diario sin comprender su profundidad . y gracias nuevamente por tu gentileza y generosidad en compartir conocimiento .

  24. Gravatar jreguart | 09/01/2018 at 09:00 | Permalink

    Hola Gael,

    seguiremos en contacto.

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