El mapa de la radiación cósmica de microondas visto desde el telescopio Planck, con las fluctuaciones de temperatura en escala de color (f)

La radiación cósmica de microondas es una forma de radiación electromagnética que cubre todo el Universo y es considerada una de las pruebas más sólidas del Big Bang. Se originó varios cientos de miles de años después de este evento, cuando el Universo se enfrió lo suficiente como para que los protones y electrones se combinaran formando átomos de hidrógeno y permitió que la luz viajara libremente por el espacio. Esta radiación es casi uniforme, pero presenta pequeñas fluctuaciones de temperatura que permiten entender la evolución del Universo. 

Características principales

1. Resto del Big Bang: Es la huella del calor que quedó tras el origen del Universo
2. Temperatura uniforme: Tiene una temperatura de unos 2.7 grados Kelvin, muy cerca del cero absoluto, y es uniforme salvo anisotropías puntuales
3. Estudio cosmológico: Ayuda a entender la edad, tamaño y composición del Universo en base a las pequeñas diferencias halladas en su estructura.

Cúmulo estelar globular M30

Un cúmulo estelar es un grupo de estrellas que se formaron a partir de la misma nube molecular de polvo y gas y que una vez formadas permanecen unidas por la gravedad. Estas estrellas, debido a su origen común, comparten una composición química similar y suelen tener edades similares, lo que las hace ideales para el estudio de la evolución estelar.

Características principales

1. Influencia gravitatoria: Los cúmulos están fuertemente condicionados por la gravedad de sus componentes.
2. Formación conjunta: Todas las estrellas de un cúmulo tienen aproximadamente la misma edad y composición.
3. Dos tipos: Los cúmulos estelares pueden ser abiertos (jóvenes, poco densos y situados en el disco de las galaxias) o globulares (más antiguos, muy densos y situados en los halos galácticos)

Imagen tomada en 1986 del cometa más famoso, el Halley

Los cometas son cuerpos celestes compuestos principalmente de polvo, rocas y gases congelados. A medida que se acercan al Sol, el calor provoca que los cometas liberen gases, creando una cola brillante que les da su apariencia característica.

Características principales

1. Composición: Los cometas están hechos de materiales primitivos del sistema solar, como agua congelada, dióxido de carbono y metano.
2. Órbitas elípticas: Sus órbitas son muy elípticas, por lo que se acercan al Sol solo una vez cada ciertos años o siglos.
3. Cola brillante: Cuando un cometa se acerca al Sol, el calor provoca que se evapore y forme una cola de gas y polvo que se extiende a millones de kilómetros.

Los planetas rocosos del Sistema Solar, a escala y ordenados según su distancia al Sol: Mercurio, Venus, Tierra y Marte

Los planetas rocosos, también llamados planetas telúricos, son aquellos que poseen superficies sólidas compuestas principalmente de rocas y metales. En el Sistema Solar, los planetas rocosos son Mercurio, Venus, la Tierra y Marte.

Características principales

1. Superficie sólida: Están formados principalmente por materiales rocosos y metálicos, en contraste con los planetas gaseosos.
2. Tamaño menor: Los planetas rocosos son generalmente más pequeños que los planetas gaseosos.
3. Primeros exoplanetas descubiertos: Los primeros exoplanetas que se descubrieron fuera de nuestro sistema solar eran de tipo rocoso.

Cronología de la expansión del Universo desde el Big Bang

La teoría del Big Bang es un modelo cosmológico que establece que el Universo empezó a existir hace unos 13 mil millones de años, a partir de una gran explosión que originó espacio, materia y energía. Antes de esta explosión, toda la materia del Universo estaba concentrada en un punto extremadamente denso y caliente. Con el Big Bang, comenzó a expandirse rápidamente, siguiendo su expansión hasta hoy. 

Características principales

1. Expansión: Establece que, desde el momento del Big Bang, el universo ha estado en expansión continuada.
2. Evidencias: La radiación cósmica de fondo y el corrimiento al rojo de las galaxias son pruebas que apoyan este modelo.
3. Futuro del universo: La teoría también da diversas posibilidades sobre la evolución futura del Universo.

Foto de una aurora boreal tomada en Alaska

Una aurora boreal es un fenómeno físico que sucede cuando partículas cargadas procedentes del Sol chocan con los gases de la atmósfera terrestre. Esta colisión libera energía en forma de luz que ilumina el cielo, creando un espectáculo visual en las zonas cercanas al polo. El término boreal es el que se da cuando surge en el polo norte, mientras que las auroras del polo sur se llaman auroras australes.

Características principales

1. Partículas solares: Las auroras se producen cuando partículas cargadas procedentes del sol chocan con la atmósfera terrestre.
2. Color: Los colores de las auroras varían dependiendo de los gases de la atmósfera que interactúan con esas partículas.
3. Polos magnéticos: Las auroras se ven sobre todo en los polos porque la Tierra tiene un campo magnético que dirige las partículas hacia esas regiones. Este campo actúa de barrera para la Tierra y concentrando las partículas cargadas hacia esas áreas.

El Cinturón de Asteroides representado entre las órbitas de Marte y Júpiter (f)

El Cinturón de Asteroides es una región del Sistema Solar situada entre las órbitas de Marte y Júpiter, donde se encuentran miles de asteroides y objetos rocosos de diversos tipos que se originaron en la formación del sistema.

Características principales

1. Cuerpos de tamaño variable: Los asteroides del cinturón pueden tener desde unos pocos metros hasta cientos de kilómetros de diámetro.
2. Formación temprana: El cinturón de asteroides es, seguramente, el remanente de un planeta que nunca llegó a formarse debido a la influencia gravitacional de Júpiter.
3. Potencial riesgo para la Tierra: Aunque la mayoría de los asteroides no representan peligro alguno, ciertos objetos podrían llegar a acercarse de forma peligrosa a la órbita terrestre.

La nebulosa del cangrejo, uno de los remanentes de supernova más conocidos

Una supernova es una explosión estelar que genera un gran pico de brillo y sucede al final del periodo vital de una estrella masiva. Durante la explosión, la estrella libera cantidades de energía enormes y  suelta materia al espacio.

Características principales

1. Colapso estelar: Las supernovas se dan cuando la energía de una estrella deja de ser suficiente para mantener el equilibrio entre la fuerza de la gravedad y la presión interna.
2. Diferentes tipos de supernovas: Hay dos clases principales: tipo I (su espectro no tiene líneas de hidrógeno) y tipo II (su espectro tiene líneas de hidrógeno).
3. Creación de elementos: Son unas de las responsables principales de la creación de elementos pesados del Universo, como el oro y el uranio.

Representación computacional de un agujero de gusano. La curvatura del espacio-tiempo permite conectar dos puntos alejados entre sí (f)

Los agujeros de gusano son estructuras teóricas e hipotéticas que se derivan de la Teoría de la Relatividad General. Actuarían como una especia de "puertas" en el espacio-tiempo que serían capaces de conectar dos puntos distantes del universo. Si su existencia fuese posible, permitirían viajar de un punto a otro del Universo tomándolos como atajo.

Características principales

1. Conectan puntos distantes: Un agujero de gusano permitiría viajar grandes distancias instantáneamente, sorteando el problema del límite de la velocidad de la luz
2. Sacados de las teorías de Einstein: Son soluciones teóricas de la teoría de la relatividad general de Einstein, a pesar de que no se han descubierto en el mundo real.
3. Posibles problemas: Aunque teóricamente su existencia es viable, los agujeros de gusano presentan algunas dificultades a la hora de entender sus posibilidades. La estabilidad de la estructura o la cantidad de energía necesaria para abrirlos son conceptos que están lejos de ser comprendidos.
4. Un nombre cotidiano: Fue el físico estadounidense John Wheeler quien acuñó en 1957 el nombre que se les da hoy en día. La idea partió de los agujeros que los gusanos crean en frutas y madera para desplazarse por dichos objetos.

Posición de nuestro Sol dentro de una representación artística de la Vía Láctea (f)

La Vía Láctea es la galaxia en la que se encuentra nuestro Sistema Solar. Tiene la clasificación de galaxia espiral, llamada así debido a sus brazos de formación estelar que se propagan desde el centro en forma de helicoidal. Contiene miles de millones de estrellas.

Características principales

1. Estructura espiral: La Vía Láctea tiene una forma espiral, y sus brazos luminosos contienen estrellas, gas y polvo.
2. Agujero negro central: En el centro de la Vía Láctea encontramos un agujero negro supermasivo cuyo nombre es Sagitario A*.
3. Grupo Local: El Grupo Local es el nombre con el que se conoce el conjunto de galaxias cercanas en el que se encuentra la Vía Láctea. La más famosa de nuestras vecinas es la galaxia de Andrómeda.

Representación artística de la estrella Kepler 11 y los 6 exoplanetas que la orbitan (f)

Un exoplaneta es la denominación que se utiliza para catalogar a un planeta que orbita una estrella distinta de nuestro Sol, y por tanto forma parte de otro sistema estelar. Son cuerpos muy complicados de rastrear debido a su lejanía, tamaño y que no emiten luz propia, por lo que los primeros descubrimientos de exoplanetas no se dieron hasta los años 90. El avance de la tecnología permitió ir encontrando cantidades cada vez mayores de exoplanetas, algunos de los cuales podrían tener condiciones aptas para albergar vida tal y como la conocemos.

Características principales

1. Distintos tipos: Los exoplanetas, igual que los planetas que conocemos en el Sistema Solar, pueden ser de tipo rocoso o gaseosos y tener diversos tamaños, desde gigantes gaseosos como Júpiter hasta planetas rocosos similares a la Tierra.
2. Métodos de detección: Se detectan utilizando principalmente las técnicas de tránsito (buscando el momento en el que pasan por delante de su estrella y provocan un oscurecimiento) y velocidad radial (estudiando la minúscula influencia gravitatoria del planeta sobre el movimiento de su estrella).
3. ¿Habitabilidad?: Algunos exoplanetas están en lo que se denomina zona de habitabilidad de sus estrellas, que implica que podría existir agua líquida en ellos y por tanto una primera base para la vida que conocemos.
   

Representación artística de una estrella de neutrones rodeada de sus líneas de campo magnético (f)

Una estrella de neutrones es un tipo de remanente estelar que se forma a partir del colapso de una estrella supergigante después de que esta estalle en forma de supernova. Después de la explosión, la materia se comprime de tal forma que los electrones y protones se fusionan neutralizándose y formando neutrones. Dichos neutrones se convierten en el principal componente de la estrella, dando lugar a un objeto de una densidad extrema.

Características principales

1. Densidad muy alta: Suele usarse el ejemplo gráfico, bastante sorprendente, de que si cogiéramos una cucharada del material que compone una estrella de neutrones, esta pesaría más que la Tierra.
2. Un campo magnético muy intenso: Las estrellas de neutrones tienen un campo magnético muy fuerte. En algunos casos giran muy rápidamente emitiendo grandes cantidades de radiación electromagnética que pueden verse como púlsares.
3. Creación de un púlsar: Cuando giran rápidamente y emiten radiación en forma de pulsos regulares, hablamos de púlsar.
   

Junto con la materia ordinaria y la materia oscura, la energía oscura es uno de los tres componentes principales que conforman el Universo

La energía oscura es una forma de energía que está presente en todo el espacio y que genera una presión que causa que la expansión del Universo se vea acelerada. Aunque no se puede ver ni detectar de manera directa, su existencia se deduce al estudiar el ritmo de la expansión universal. Hasta que las observaciones demostraron lo contrario se creía que el ritmo de expansión del Universo se estaba frenando debido a la acción gravitatoria, pero en realidad se lleva acelerando desde hace miles de millones de años. Eso hizo necesario introducir esta energía en las teorías, una fuerza que debe existir para provocar dicha aceleración.

Características principales

1. Contribución a la aceleración cósmica: La energía oscura provoca que el universo se expanda más rápido con el tiempo.
2. Composición desconocida: Aunque el modelo cosmológico actual predice que la energía oscura es casi el 70% de lo que existe en el Universo, su naturaleza sigue siendo desconocida.
3. Un descubrimiento reciente: El término 'energía oscura' no empezó a utilizarse hasta 1998. La primera evidencia directa de la presencia de energía oscura partió de las observaciones, publicadas ese mismo año, de la aceleración de la velocidad de expansión del universo mediante el estudio de supernovas tipo 1a [1].

[1] Riess et al. - Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant, Astron.J.116:1009-1038,1998

Simulación computacional de la formación de estructuras de materia negra en el Universo (f)

La materia oscura es una forma de materia cuya naturaleza todavía es desconocida pero cuya existencia se desprende del estudio de la dinámica del Universo. No se puede ver directamente ya que no emite luz ni energía, pero los efectos gravitacionales que provoca en la materia visible permiten conocer su existencia. El modelo cosmológico aceptado actualmente teoriza que la cantidad de materia oscura presente en el Universo es mucho mayor que la cantidad de materia observable, y su peso en la dinámica galáctica es muy alto.

Características principales

1. Es invisible: No puede ser detectada con telescopios, pues no interactúa electromagnéticamente.
2. Efectos gravitacionales: Tiene un efecto clave en el movimiento de las galaxias y contribuyendo a mantenerlas unidas.
3. Naturaleza desconocida: Se desconoce de qué está formada la materia oscura, pero las teorías actuales estiman que representa un 27% del universo (frente al 5% que supone la materia ordinaria).
4. Descubrimiento: La astrónoma Vera Rubin descubrió la existencia de la materia oscura en los años 70 mientras estudiaba la rotación individual de las galaxias.
   

Ilustración en la que se puede ver el Cinturón de Kuiper más allá de la órbita de Neptuno (f)

El Cinturón de Kuiper es una extensa región del Sistema Solar que se encuentra más lejos de la órbita de Neptuno, en el Sistema Solar exterior. Se compone de centenares de cuerpos pequeños congelados, principalmente asteroides, cometas y planetas enanos. Es una de las estructuras más grandes de nuestro sistema, nombrada en honor del astrónomo Gerard Kuiper.

Características principales del Cinturón de Kuiper

1. Ubicación: Comienza justo después de la órbita de Neptuno y continúa por una extensión de 50 unidades astronómicas (una unidad astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol) del Sol. Una unidad astronómica es la distancia media entre la Tierra y el Sol.
2. Objetos pequeños y helados: La gran mayoría de cuerpos que podemos encontrar en esta región son cuerpos pequeños compuestos de hielo, roca y polvo.
3. Fecha de descubrimiento: Esta región fue teorizada durante décadas antes de conseguir las evidencias de su existencia, pero no fue hasta 1992 cuando se confirmó que existía. Curiosamente, Kuiper en los años 50 teorizó que en los primeros tiempos del Sistema Solar habría existido un cinturón como el que lleva su nombre, pero su teoría sería incorrecta ya que descartaba que continuase existiendo a día de hoy debido a que pensaba que Plutón era un planeta más grande de lo que en verdad es y habría barrido toda su órbita eliminando esta región.
   

Relevancia del Cinturón de Kuiper

El Cinturón de Kuiper es de vital importancia para entender el origen del Sistema Solar. Los objetos de esta región son rastros de los primeros tiempos del sistema y permiten estudiar la formación de planetas y otros cuerpos. Además, es la fuente principal de los cometas de largo período que cruzan el sistema solar interior.

Gargantúa, el ficticio agujero negro de la película Interstellar

Un agujero negro es una región del espacio con una gravedad tan grande que provoca que la luz no pueda escapar de dicho pozo gravitatorio, y por definición tampoco habrá ninguna otra cosa capaz de escapar. Se forman debida a la alta concentración de masa en un área suficientemente pequeña como para llegar a este límite.

Características principales de los agujeros negros

1. Singularidad: La gravedad de un agujero negro, genera un punto central llamado singularidad que está envuelto por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. En la singularidad la gravedad es infinita y las leyes de la física conocidas dejan de ser aplicables.
2. Horizonte de sucesos: Es la frontera a partir de la cual nada puede escapar del agujero nego.
3. Visualización directa imposible: No emiten luz, por eso no podemos ver directamente un agujero negro. No obstante, si son detectables por la influencia que tienen en su entorno, como podrían ser la atracción de las estrellas cercanas o la radiación emitida por la acreción de material a su interior.
   

Tipos de agujeros negros

1. Agujeros negros de masa estelar: Se forman cuando una estrella de una masa mayor a varias decenas de masas solares colapsa al final de su vida provocando una supernova. El agujero negro final tiene más de tres masas solares y su núcleo está en una región muy pequeña
   
2. Agujeros negros supermasivos: Presentes en los centros de las galaxias y son millones de veces más masivos que el Sol.
3. Agujeros negros de masa intermedia: Tienen una masa entre los estelares y los supermasivos.

Relevancia de los agujeros negros

Son una de las piedras angulares para el entendimiento de la Relatividad General y el comportamiento del espacio-tiempo. También son uno de los retos a la hora de entender la concilación entre la gravedad y la cuántica.

Nebulosa del anillo, un ejemplo de nebulosa planetaria

Una nebulosa planetaria es una nube de gas y polvo que se forma cuando una estrella de masa baja o mediana llega al final de su vida. Durante esta fase, la estrella expulsa sus capas más externas y crea una envoltura de gas ionizado rodeando su núcleo central. A pesar del nombre no están relacionadas con los planetas y se llaman así porque los primeros astrónomos que las observaron, allá por el siglo XVIII, creyeron que sus imágenes en el telescopio eran similares a las de planetas gigantes gaseosos.

Características principales

1. Se forman a partir de estrellas en su fase final: Al agotar su combustible nuclear, una estrella de masa mediana o baja expulsa la capa envolvente y esta se ilumina debido a la radiación ultravioleta del núcleo remanente, que se convierte en enana blanca.

2. Gas ionizado y luminiscencia: El gas en una nebulosa planetaria está compuesto sobre todo de hidrógeno y helio. La radiación de la enana blanca ioniza estos gases, que emiten principalmente en el rango visible y ultravioleta y provocan su característico brillo.

3. Duración y expansión: Son fenómenos relativamente breves en términos astronómicos (duran unos 10.000 años). Con el tiempo, el gas se dispersa en el espacio y la nebulosa se desvanece, dejando a la enana blanca sin la envoltura de gas.

Composición con los cinco principales planetas enanos conocidos del Sistema Solar (f)

Un planeta enano es un es un cuerpo que, estando en órbita alrededor de su estrella, tiene suficiente masa para que su propia gravedad le haya permitido alcanzar una forma redondeada sin ser un satélite de otro cuerpo pero sin ser suficiente para conseguir limpiar la vecindad de su órbita (la comparte con otros objetos). Son más pequeños que un planeta clásico, pero con gravedad suficiente como para ser cuerpos similares en naturaleza.

Características principales de los planetas enanos

El criterio para definir un objeto celeste como planeta enano se basa en el cumplimiento de estos factores:

1. Orbita alrededor de su estrella, igual que los planetas clásicos. De manera tradicional, los planetas enanos se definen como cuerpos dentro del Sistema Solar, pero su existencia es extrapolable a otros sistemas.
   
2. Forma redondeada: Tienen una gravedad suficiente como para alcanzar una forma esférica o cercana a la esfericidad.
3. No son dominantes en su órbita: Los planetas limpian de otros objetos su órbita, expulsándolos o asimilándolos, pero los planetas enanos no son capaces de hacerlo y comparten su órbita con escombros y otros objetos.
4. No son satélites: Si bien existen lunas de otros planetas que cumplen las características anteriores, estas no se consideran planetas enanos. Un planeta enano no orbita alrededor de otro cuerpo mayor que él además de la estrella central de su sistema.
   

Ejemplos de planetas enanos

• Plutón: El planeta que inició esta nomenclatura, cuando los científicos empezaron a debatir sobre sus características y llegaron a la conclusión de que no podía seguir siendo considerado como el noveno planeta del Sistema Solar y habría que asignarlo a una nueva categoría.
  
• Ceres: Es el planeta enano más cercano a la Tierra, se encuentra en el Cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter.
  
• Eris: Está en el cinturón de Kuiper, más alejado que Plutón.
• Haumea: También está en el cinturón de Kuiper. Su forma ovoide es muy peculiar.
• Makemake: Otro de los planetas enanos del Cinturón de Kuiper.

Relevancia de los planetas enanos

Los planetas enanos son una fuente de información importante sobre el comportamiento de la formación de los cuerpos celestes en los límites del Sistema Solar. Existen varios candidatos más en nuestro sistema que serían probables candidatos a considerarse como planetas enanos.