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Ciencias Naturales, Tierra y Universo

7° Básico

La expansión

La expansión del Universo siginifica que la velocidad a la que una galaxia distante se aparta de nosotros aumenta con el tiempo.

Cuando se afirma que el Universo se expande, se quiere decir que las distancias entre los cúmulos de galaxias aumentan sistemáticamente en el tiempo. La expansión no influye a escalas menores, donde las fuerzas gravitatorias o de otra índole dominan los movimientos.

Si todo, absolutamente todo, se estuviera expandiendo en el Universo, incluida nuestra galaxia, la Vía Láctea, el Sol, el Sistema Solar, la Tierra, todos los átomos y, por ende, las personas y las cosas, no nos podríamos dar cuenta. De la misma forma, no podríamos darnos cuenta de que un niño crece si al mismo tiempo estuviera creciendo la vara de medir; siempre nos parecería que llega hasta la misma marca. Por eso, para ver lo grande que está un niño se lo compara con un adulto que no crece y no con otro niño que esté creciendo como él.

Hoy se observan en el Universo cuasares o núcleos activos y superluminosos de galaxias lejanas, cuya luz ha estado viajando por casi 13 mil millones de años antes de ser captada por los telescopios. Por lo tanto, las galaxias se deben haber formado entre 700 mil y dos mil millones de años después del momento de la gran explosión. Su edad va desde diez mil millones de años hasta los 14 mil millones, aunque algunas galaxias pueden haberse formado hace menos tiempo.

Formación de las galaxias

Las fluctuaciones o pequeñas diferencias de temperatura en la radiación del fondo cósmico, que indican las variaciones de densidad en la materia del Universo primitivo, deben haber crecido en tamaño, hasta llegar al punto en que la fuerza de gravedad dentro de la fluctuación empezó a superar la expansión y adquirió identidad propia.

Se piensa que estas fluctuaciones pueden llegar a ser lo suficientemente grandes como para contener una masa equivalente a mil billones de veces la del Sol (1,9891 x 10 elevado a 30 kg), y haber dado origen a un cúmulo de galaxias. Una vez que la fluctuación, ese inmenso pedazo del Universo, empezó a contraerse, no se mantendrá homogéneo por mucho tiempo.

Las pequeñas inhomogeneidades (aumentos de densidad) empiezan a aumentar y colapsan gravitacionalmente (los cuerpo se atraen entre sí) en forma independiente del resto, formando galaxias individuales. El fragmento inicial se dividirá en unos pocos miles de fragmentos menores, que constituirán las galaxias individuales. Algunos darán origen a galaxias elípticas, otros a espirales, y los menores a irregulares.

¿Qué determina la formación de una galaxia espiral o una elíptica? Ese problema fundamental no está totalmente claro aún. La razón principal que determina el tipo de galaxia parece ser la cantidad de rotación inicial que tenga el fragmento y su densidad. Si el fragmento gira muy lentamente y su densidad es alta, el colapso gravitacional, es decir, la contracción del fragmento procederá y formará galaxias con una distribución esférica o casi esférica, transformando todo el gas en estrellas, constituyendo una galaxia elíptica.

Si, por el contrario, el fragmento inicial que va a dar origen a una galaxia gira en mayor medida, al irse contrayendo su rotación crecerá en velocidad. Eso creará una fuerza centrífuga (que tiende a que todos los cuerpos en rotación traten de alejarse de su eje) que frenará la contracción, salvo en la dirección del eje de rotación. Eso achatará la nube; se irán formando estrellas, pero la mayoría del gas se precipitará finalmente a un disco, dentro del cual se formarán las estrellas. Esa será una galaxia espiral.

Nuestra Galaxia

La Vía Láctea debe haberse formado como se acaba de describir. Una gran nube, tal vez de un millón de años-luz de diámetro, se contrajo. Cuando la densidad había aumentado, se formaron condensaciones (concentraciones de materia) que contenían entre cien mil y un millón de veces la masa del Sol. Eran los cúmulos o aglomeraciones estelares globulares, compuestos por millares de estrellas agrupadas en un volumen más o menos esférico. Se conocen más de cien en la galaxia, con un volumen esférico de más de cien mil años-luz de diámetro (ver glosario).

Las primeras estrellas o estrellas de primera generación que nacieron en la Vía Láctea, y en todas las galaxias del Universo, aquellas que se formaron en los cúmulos globulares, deben haberse originado del gas primordial (alrededor de 25% de helio, 75% de hidrógeno y pequeñísimas cantidades de deuterio y litio), sin alteración.

El proceso de contracción general de la nube gaseosa continuó; al centro de la galaxia se fueron formando estrellas cada vez más ricas en elementos pesados o estrellas de segunda generación.

Finalmente, un gran porcentaje del gas inicial se concentró en una región en forma de disco, que se generó gracias a la rotación inicial de la nube. Entre uno y un dos por ciento de la masa de este gas estaba formado por aquellos elementos “contaminantes” o residuales arrojados por las supernovas en su explosión (que veremos a continuación), todos más pesados que el hidrógeno y el helio.

Así, lentamente prosiguió el proceso evolutivo dentro de la Vía Láctea, con la formación de nuevas estrellas y la muerte de otras en forma de supernovas, muerte que contribuyó al paulatino enriquecimiento químico de la galaxia.

Glosario

– Año-luz: distancia que recorre en un año un rayo de luz viajando a la velocidad de 300.000 km/seg (velocidad de la luz). Corresponde a casi 9,5 billones de km.

¿Sabías que?

La Vía Láctea es parte del denominado “grupo local”, compuesto por más de veinte galaxias, que se encontrarían en una esfera de 4 a 5 millones de años-luz de diámetro.