CMC 1º Bachillerato.
Tema 1.
El origen del universo
y de la vida.
El universo en la prensa
Tablencia Universo
Índice
• ¿Qué es el universo? Composición y
Estructura:
– Nebulosas, Galaxias, Estrellas
– Ciclo vital de las estrellas
• Origen
– Teorías cosmogónicas
– Big Bang
• Origen del sistema solar
• La Tierra y su dinámica.
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Origen y evolución del universo
•
Universo o cosmos es el conjunto de toda la materia y energía existente y
el espacio en el que se encuentran.
•
•
Antigüedad de unos 13.700 ma
Dimensiones del universo observable: 46.000 millones de años luz (v
luz= 300.000 km/s)
•
Composición:
–
–
Energía oscura (73%) repulsión
Materia oscura (23%) no detectable
•
•
–
Se deduce su existencia:
a. La masa visible es mucho menor que la esperada
b. Los cúmulos de galaxias se mantienen unidos
c. Radiación de fondo
c. Desviaciones de luz por objetos no visibles
¿De qué está hecha? Se calcula que solo 1-2% es materia bariónica, el
resto es materia no bariónica, sin fuerza nuclear fuerte.
Materia visible (bariónica): Átomos (4%).
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Estructura del Universo
• Nebulosas: cúmulos de polvo cósmico de aspecto difuso  Estrellas 
Constelaciones  Galaxias  grupos de G  cúmulos de G  MetaGaláxias
• Galaxias: cúmulos de estrellas + polvo cósmico + nubes de gases, que se mueven
juntos.
–
Las G más jóvenes tienen más polvo y gas
Se van condensando y
formando nuevas estrellas
– Ej: La Vía Láctea: 200.000 millones de estrellas, grande: diámetro 100.000 a.l., el sol a
25.000 a.l. del centro, la galaxia más próxima, Andrómeda, a 2 m a.l.
– Tipos por su forma: irregulares, espirales, elípticas.
– Origen y evolución de las galaxias: gigantescas nubes de H gaseoso en
rotación, se contraen por g . Por la rotación, aparecen brazos espirales, donde se
originan las estrellas.
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Estrellas
Son todo objeto astronómico que brilla con luz propia. Con más precisión, es una esfera
de plasma, que mantiene su forma gracias a un equilibrio de fuerzas entre la fuerza de
gravedad, que empuja la materia hacia el centro de la estrella, y la presión que hace el plasma
hacia fuera, como sucede en un gas, que tiende a expandirlo.
• Grandes masas de polvo cósmico y materia gaseosa principalmente
(H y He)
• Tamaño: desde gigantes rojas hasta enanas blancas y agujeros
negros.
• Luminosidad originada por la E de reacciones termonucleares que se
dan en su núcleo. Depende de la cantidad de masa.
• Temperatura superficie  color.
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Nacimiento, evolución y muerte de una estrella.
•
•
En zonas más densas de la masa de polvo y gas en los brazos espirales de
la galaxia (protoestrellas),
Se concentra por gravedad  “gota” de materia crece por agregación.
Aumenta la P, T, reacciones termonucleares por fusión H  He en su interior.
ESol, empieza a brillar.
–
•
A su alrededor nuevas acumulaciones  Planetas, sin el tamaño necesario para que se
produzcan reacciones termonucleares y tener luz propia.
Las reacciones se extienden del núcleo al exterior se calienta se dilata
se va enfriando la capa más externa, brillo rojizo  Gigante roja (tamaño
máximo).
– Capa exterior se dispersa en el espacio (Nebulosa planetaria) y se reduce a 
Enana Blanca. al agotar su combustible He, se enfriará y se apagará (Enana
negra).
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- Las Gigantes rojas con más masa, continúan la combustión y contracción del núcleo
formando elementos más pesados . El núcleo de tal densidad llega un momento en que no
se contrae más, y rebota hacia afuera la materia que estaba siendo atraída, con una gran
explosión (Supernova) eliminando al exterior capas externas, neutrinos y elementos
pesados que serán básicos para la vida.
-Si tenía suficiente masa,  Estrella de Neutrones, que emite intensa radiación
electromagnética. Se pueden detectar como Pulsares.
•Si se contrae tanto que su g hiciera que ni la luz pueda salir Agujero negro. En los agujeros
negros supermasivos, la materia es absorbida y expulsada a gran velocidad y en forma de rayos X
(la materia transformada en E) http://www.youtube.com/watch?v=3QYVUvm3Uc4 http://www.youtube.com/watch?v=tQQQpv_eyY&feature=related
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http://www.youtube.com/watch?v=H1kuuCqfLP0
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Origen del Universo
• T del Big Bang. Desarrollo histórico
1. Hipótesis de partida: universo homogéneo, isótropo y en equilibrio. G + otra
F de repulsión que equilibre (Einstein: cte cosmológica)
2. Friedman: el universo debía hacerse con el tiempo más grande o más
pequeño, equilibrio no posible
3. Lamaitre Las galaxias provienen de la explosión de una singularidad
inicial o átomo primitivo
4. Hubble: las galaxias se alejan entre si, universo en expansión
5. Gamow nombre Big Bang a la Tª de Lamaitre. Los primeros átomos no
serían los pesados sino neutrones, que se descompondrían en p+ese
aglutinarían en átomos de H y de He y de ahí el resto de elementos
Pega: calculando el tiempo transcurrido desde las galaxias más alejadas (las
más antiguas) es muy poco (2000 ma, menos incluso que el tiempo que se
calcula que tiene la Tierra (4000 ma).
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Origen del Universo
• T del estado estacionario; creación continua.
– Parten de universo uniforme, no varía en el T
– Se expande, pero la d se mantiene porque continuamente se está creando nueva
materia
•
Universo oscilante.
–
–
–
–
•
Explosión inicial  expansión
La G debida a toda la masa del universo ralentizará y parará la expansión, produciéndose
una gran contracción o Big Crunch, en que toda la masa del universo crea una nueva
singularidad
De ahí, un nuevo Big Bang y un nuevo ciclo…
Se necesita masa crítica que frenara la expansión y forzara la contracción. Además la
velocidad d expansión es demasiado alta como para ser frenada o revertida por G
Teoría del No Límite (Howking, Penrose), un modelo SIN límites
–
–
T. de la Relatividad, el e y el T tienen su comienzo en el Big Bang a partir de la singularidad
inicial, pero no es posible saber el inicio de ésta.
Plantean que podría haber brotado a la existencia desde la nada absoluta por un proceso de
Tunelización Cuántica. Proceso atemporal, en un intervalo de T=0 a T=10-43 s (tpo de
Planck), un tiempo imaginario pero real, sin límites pero finito (como una superficie esférica)
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Teoría del Big Bang
•
•
En 1929 Hubble  el universo entero se expande.
Si el universo se va haciendo grande, frío y difuso, al retroceder en el tiempo debía ser cada vez
más caliente, pequeño y denso. Así surgió la idea del Big Bang.
• Se deduce una antigüedad de unos 13.700 m.a.
• Toda la materia y E estaría comprimida en un átomo primigenio o
singularidad inicial, pequeñísimo, T enorme y una d casi infinita. Las
4 fuerzas (gravedad, interacción nuclear fuerte y débil y la
electromagnética) estaban unidas en una.
• Se produce enorme explosión inicial, dilatándose y enfriándose a
una velocidad mayor que la de la luz (etapa de INFLACIÓN), su
masa aumenta 1050 veces, se separa la gravedad de las otras
fuerzas (por la dispersión de la materia).
• El universo sería al principio homogéneo, simétrico, unificado
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• Y se fue diversificando
• Por la separación de las 4 fuerzas fundamentales
• Se diferencia la materia y la energía
• La materia, empujada por la energía, se dividió en nubes más
diferenciadas (heterogeneo) y todo se diversificó: aparecieron “cosas”
– Se separa la F interacción nuclear fuerte y se forma las partículas
elementales del átomo: quarks (p y n) y leptones (e)
– Surgieron las primeras partículas subatómicas (p y n) por unión de
los quarks, al separarse la F electromagnética y la F interacción
nuclear débil.
– p y n chocan desprendiendo E y forman núcleos de He. Los fotones
están aún unidos a las partículas, no hay luz, es un universo oscuro y
opaco.
– Los fotones pierden E, los electrones son retenidos por los núcleos
formándose los primeros átomos: H y He.
– Al dejar de interactuar electrones y fotones (radiación y materia), los
fotones se dispersaron (radiación de fondo) y originándose la luz 
universo transparente
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• Se sigue enfriando y las nubes de materia forman protosupercúmulos de galaxias. En ellos se producen condensaciones 
nódulos primeras estrellas, por concentración cósmica
(autogravitación) y fusión del H.
• Como consecuencia de esa explosión inicial, el universo sigue en
expansión.
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Pruebas del Big Bang
• Radiofuentes celestes
–
–
–
–
Son galaxias o nebulosas que emiten ondas de radio
Las más próximas son más jóvenes y emiten más radiaciones
A partir de una determinada distancia (unos 3.000m.a.l. se reducen mucho
al principio habría habido un periodo sin radiofuentes. Contradice T. estado estacionario
• Existencia de quasares
–
Son radiofuentes extremadamente pequeños, muy lejanos, luminosos y compactos. Se
consideran núcleos de galaxias jóvenes a una distancia de 2000-4000 m.a.l. y que se alejan a
una enorme velocidad (se considera que están como en los extremos del universo). Contradice
un universo que no varía.
• Proporción H/He
–
–
En la explosión, la E materia átomos más sencillos. La proporción debería ser 75 % de H, 25 % He  Es la
que hay en todas las galaxias (los demás elementos no llegan al 1%).
Esto permite deducir un origen común de las galaxias, a partir de un momento: el big bang,
• Radiación de fondo
–
–
–
Explosión, enormes T, se va enfriando primero en los límites del universo. A esas T la radiación que emiten los
cuerpos no luminosos es prácticamente indetectable.
Unos científicos detectaron un zumbido de microondas que proviene de cualquier punto del cielo.
El Big Bang concluye que esa es la radiación de fondo, correspondiente a cuerpos negros a 2,63 ºK ,
considerándola como el eco, los vestigios, de aquella gran explosión inicial. Con ella se ha deducido la
antigüedad del universo (unos 13700 ma) y de las primeras galaxias (unos 200 ma)
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Formación del Sistema Solar
•
Sistema solar: sol, planetas, satélites, asteroides (cinturón entre Marte y Júpiter), meteoritos,
cometas, polvo y gases.
• A partir de una nebulosa mixta que gira y se va concentrando
– Parte de restos de una nebulosa primitiva (H, He y otros muy ligeros)
– Parte de otra resultante de una o varias explosiones de supernovas, en zona con
abundantes estrellas
• En esa masa de gases, turbulencias,
– zonas centrales, que giran a más velocidad, más concentradas, con más
densidad, aumento de temperatura,  reacciones de fusión de H a He y enorme
desprendimiento de E haciendo que resplandezca y se forme el Sol
– zonas periféricas, con menos densidad y más frías. Turbulencias  remolinos de
materia que va colisionando y acumulándose (acreción) y creciendo.
• El Sol se debió formar hace 5000-4800 ma
– Las rocas más antiguas encontradas en la Tierra tienen 4000 ma. Otras ya
desaparecidas pudo haber más antiguas
– Algunos meteoritos de composición semejante a la Tierra tienen unos 4600 ma
– La Tierra se debió formar casi a la vez que el Sol o muy poco después.
– Aunque en la Tierra abundan Fe, Si, C… y otros mas pesados -apenas H y Hecomo en otros planetas, y en el Sol el 97 % es H y He, con otros pocos más
pesados en su núcleo, no se han formado de distintos materiales.
Formación de los planetas (cuerpos celestes en órbita alrededor del Sol
con movimiento propio y periódico)
1. T. de Laplace
• La nebulosa (gas y polvo) se fue contrayendo
por autogravitación, provocando aumento de d,
de T (todo gas al contraerse) y rotación (todo
gas con turbulencias)
• Esa nebulosa cada vez más densa, más
caliente y girando más rápido se transformaría
en un gigantesco disco que
–
–
–
en su núcleo, la autogravitación predomina sobre
la F centrífuga formándose el Sol. (97 % de la
masa)
Y en su exterior se despediría materia que gira
también formando anillos, en los que por
condensación en algunos puntos formarían los
planetas (aprox 2% de la masa).
Hay estrella jóvenes cuyo anillo se debió
expulsar a gran distancia y no queda rastro.
2. Otra Teoría afirma
que en la nebulosa, torbellinos originaron cuerpos aislados
(planetas), que tendrían tb un movimiento giratorio y estarían ligados
gravitatoriamente a la estrella como planetas suyos.
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3. T de los planetesimales. Los planetas se formarían por un proceso de acreción
(acumulación) por coalescencia.
-Pequeñas partículas sólidas irían creciendo por coalescencia (esas partículas atraen a
otras más ligeras): planetesimales.
-Estos, colisionan  se mantienen calientes y en estado viscoso  capaz de seguir
fusionándose con otros  siguen creciendo  quedan al final pocos planetas y de gran
tamaño. Los choques de planetesimales que giran en el mismo sentido, no serán tan
fuertes que se destruyan… Lo vemos en los cráteres de impacto –no volcánicos- en
todos los planetas.
-Las colisiones serían con cuerpos cada vez más pequeños, y así la acreción por
coalescencia se iría deteniendo y limpiándose cada vez más su órbita.
-Aunque en principio todos los planetoides seguirían órbitas paralelas y concéntricas, de
modo que no habría nuevos encuentros (miles de planetoides formando algo parecido a
los anillos de Saturno). Esa situación de estabilidad no llegaría a formar el sistema solar,
pero nuevos estudios inciden en la importancia de:
-los rebotes: no suponen acreción ni destrucción, pero si cambio de órbitas, que ya
no serían paralelas y pueden seguir chocando
-los acercamientos, que producen desvíos y cambios de órbitas tb
De ese modo, en unos 300 ma se habrían ido formado así los planetas.
Los asteroides de órbitas oblicuas producirían los cráteres de impacto más recientes.
http://www.youtube.com/watch?v=UR_ESkqtgjM
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El Sol
•
Las primeras estrellas debieron
formarse pronto. Las más
antiguas pueden tener 13.000
m.a. , formándose en un
universo “joven” de unos 700
m.a.
•
El Sol es mucho más joven.
– Unos 5.000 m.a.
– La tasa de E termonuclear
que se calcula le queda,
permite suponer que puede
vivir otros 5000 m.a. Es
decir, es una estrella que
está en su edad media, lo
cual lo corrobora tb su
color: azul, amarillo, rojo.
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El Sol, una estrella de 2ª generación:
•
•
En la Tierra hay elementos pesados como el hierro.
En el Sol -del que procede la Tierra y demás planetas de su sistema-, también tendremos
elementos pesados y los demás elementos.
•
En otras estrellas no hay elementos pesados, ni en sus planetas. Las estrellas más
primitivas tienen H y He solamente, o algún otro elemento ligero.
Las estrellas que están más en el centro de nuestra galaxia, son “más ligeras”. Se deduce
que son mucho más antiguas; al formarse de nebulosas más antiguas, estas carecen de
elementos pesados.
•
•
Otras contienen elementos pesados. Son originadas por una nueva generación (se cree
que puede haber hasta 4 generaciones de estrellas.
•
Las primeras estrellas que se formaron de la nebulosa primitiva eran muy grandes
(gigantes) y muy brillantes, mucho más que el sol (cuanta más masa, más E desprende), y
con una vida relativamente corta. Las enanas, sin embargo, permanecen en actividad
mucho más tiempo.
De esas primeras estrellas gigantes no queda ninguna, ya han desaparecido, acabaron
estallando: Supernovas.
•
26
•
•
•
Esto origina Polvo Cósmico, que se fue difundiendo por el espacio en forma
de nebulosa de 2ª generación (ahora con elementos pesados, hasta Fe)
Puede asociarse a otras masas de gases también de segunda generación
o bien primitivas (de hecho las nebulosas que conocemos tienen una
composición muy variada, lo que delata que antes formaron parte de una
estrella)
Las turbulencias originan zonas de condensación, y de aquí se formarían
nuevas estrellas, ahora de 2ª generación (como nuestro Sol)
– Se dice que somos “polvo de estrellas”: el C solo puede formarse en una estrella
gigante; el Fe, solo de la explosión de una Supernova.
http://www.astromia.com/universo/index.htm
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El futuro del Universo
El futuro del universo depende de la llamada densidad crítica , es decir de la
densidad material mínima para formar átomos.
En 2003 el telescopio Boomerang determinó que la densidad del universo
coincide con la crítica, por lo que la expansión del universo seguiría
indefinidamente.
El descubrimiento de la energía oscura, responsable de la aceleración de la
expansión del universo, ha planteado un nuevo escenario para el destino
futuro del universo. Las fuerzas repulsivas, superiores a la fuerza de la
gravedad, producirían una expansión tan acelerada que en un instante el
universo volaría en pedazos y se produciría el desgarramiento de todo cuanto
conocemos. Es lo que se llama el big rip.
…
Estos datos harían inviable la evolución de un universo cerrado, en el que de
forma reiterada y periódica el universo se contraería hasta llegar a un nuevo
universo en expansión (big crunch). Las sucesivas explosiones y
contracciones, llamadas pulsaciones, se repetirían eternamente. Es el llamado
universo pulsante.
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Tierra
• Al irse enfriando la Tierra  capas de
distinta densidad:
– Núcleo
– Manto
– Corteza
– Hidrosfera
– Atmósfera
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Estructura estática y dinámica
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Dinámica de la Tierra. Teoría de la Tectónica global.
•La litosfera está fragmentada en placas tectónicas o
litosféricas.
•Las placas se generan por las corrientes de magma que
ascienden a la superficie.
•El movimiento de las placas origina cordilleras, seísmos
y volcanes.
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Anexo: Partículas
átomo
Protones
Neutrones
Electrones
F interac débil
Hadrones
Unidos por F nucl
Fuertes
Bariones (3 q)
Antibariones
Mesones
Partícula fundamentales,
no compuestas
+ gluones
Leptones
Quarks (q)
Fermiones
Partículas portadoras
de materia
Bosones
Partículas portadoras
de fuerza,
responsables de
interacciones
Fotones débil
Gluones Fte
Gravitones
…
¿Bosón de Higgs?
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