La formación del universo: el origen de todo lo que nos rodea

Para entender el origen del universo no tengo que hablarte primero de la parte crucial de la teoría del Big Bang, pues la explosión marca un antes y un después nada más. El punto donde inició todo es de ese punto del que debéis saber primero. Pero ¿qué es ese punto al que me refiero?

Pues se trata de un punto llamado singularidad, el punto inicial donde se originó el universo, un punto que era más pequeño que cualquiera de los siete mil cuatrillones de átomos que probablemente te componen. Por lo tanto, solo se podría estudiar en la mecánica cuántica, donde se estudia la naturaleza a escalas pequeñas, es decir, de forma súper-híper microscópica.

Esta singularidad bien se debe a su nombre. Era un punto inestable, tan comprimido, pequeño y caliente que las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza eran una sola, llamada “superfuerza”. Como el universo en ese momento era una mega singularidad, las leyes de la física ni se asemejaban a existir o aplicarse.

Horizonte cósmico en expansión tras el Big Bang

Ahora sabemos que ese punto era más pequeño que un átomo. Sin embargo, de ahí se originó absolutamente todo, siendo algo muy paradójico. En un momento dado (me refiero a un tiempo mucho menor al que podéis imaginaros como el más pequeño, como un cronón), ese punto tenía densidad infinita y su más alta temperatura. De repente estalló: lo que conocemos como el Big Bang, algo que sucedió hace 13.800 millones de años. Aunque hay organizaciones que estiman otros tiempos, por suerte la mayoría son muy cercanos.

A aquella explosión se la llama inflación, porque el universo se infló o se expandió a una velocidad inimaginable, más rápida que la propia luz, que como sabemos por la teoría de la relatividad de Albert Einstein, es la velocidad límite que se puede alcanzar. Pero os anticipo que las leyes de la física no siempre se aplican tal como las conocemos en determinadas circunstancias.

La explosión dio lugar al tiempo, espacio y la energía, apenas imaginable cuando apenas aquel punto era del tamaño de un par de partículas subatómicas con una temperatura mucho más alta de lo imaginable.

La inflación fue muy rápida. La explicación, según la teoría, es que la gravedad se separó de las otras tres fuerzas, provocando una explosión que liberó mucha energía. Esa inflación fue formulada por Alan Guth, y hoy gracias a los satélites modernos se han llegado a estas conclusiones.

Un diagrama simplificado que ilustra las principales etapas en la formación del Universo: 1. Big Bang 2. Inflación cósmica 3. Desacoplamiento de las fuerzas fuerte y débil, y formación de partículas 4. Formación de estrellas y galaxias.

Apenas en menos de un segundo, las otras tres fuerzas fundamentales ya se habían separado: el electromagnetismo, la fuerza fuerte y la fuerza débil. Fue precisamente cuando la temperatura disminuyó a la mitad de lo que llegó a estar, es decir, alrededor de medio billón de grados centígrados. Es aquí donde entra la formación de la materia, de lo que está hecho todo. Entonces viene la pregunta ¿de qué está hecho todo?

La materia es todo lo que nos rodea o lo que podemos ver. La materia está compuesta por átomos (hay varias formas de átomo, normalmente varían con el peso, como el átomo de hidrógeno). Estos átomos a su vez se componen de electrones (unas partículas elementales de tipo leptón). Estos electrones rodean un núcleo compuesto por dos tipos de partículas subatómicas: neutrones y protones. Estos neutrones y protones son partículas subatómicas que tienen estructura, es decir, están formadas por otras partículas, partículas elementales (como el propio electrón). En este caso los neutrones y protones están formados por quarks, otras partículas elementales. Elementales porque no tienen estructura conocida.

Tras el Big Bang el universo se expandió liberando energía, cosa que hoy se sabe gracias a la radiación de fondo de microondas. Con esto la temperatura disminuyó en mucho menor tiempo que un parpadeo. En cien mil millones de grados surgieron los electrones y protones, todo en el menor tiempo posible. Los electrones se originaron con mucha energía y empezaron a interactuar con los protones y neutrones.

Con esto se llegó a la conclusión de que en ciertas temperaturas se puede generar o crear materia con solo energía. El mismo Albert Einstein lo formuló en sus ecuaciones.

La proporción continuó bajando al mismo tiempo que el universo se seguía enfriando y expandiendo; ya cuando el universo tenía 30.000 millones de grados centígrados había treinta y ocho neutrones por cada sesenta y dos protones, y veinticuatro por setenta y seis cuando tenía 10.000 millones de grados (esto en menos de un segundo).

En 3.000 millones de grados centígrados aparecieron, en un cuarto de minuto, los núcleos de los átomos (o nucleoides) debido a que los neutrones y protones pudieron unirse y por lo tanto estabilizarse. Además de esta materia ordinaria que conocemos, también se generó otro tipo de materia que se desconoce mucho: la materia oscura, que interactúa con la energía oscura y la gravedad.

A los núcleos se le unieron los electrones, creando el primer tipo de átomo, el átomo de hidrógeno, el primero de la tabla de los elementos químicos. A partir del hidrógeno se creó el hielo en condiciones de alta temperatura. Esto se sabe principalmente por los descubrimientos de Penzias y Wilson. De estos se crearon los otros.

Es cierto que hay un montón de teorías que tienen un destino final del universo diferente a partir de cualquier punto, en su mayoría a partir de hoy, por lo que no sería raro encontrar pequeñas contradicciones en los diferentes tipos de fuente. Estas teorías e hipótesis se basan principalmente en tres formas del universo: universo cerrado, universo abierto y universo plano. El primero supone un universo de la forma de una esfera. El universo abierto tiene la forma de un vaso donde la abertura es donde el universo sigue expandiéndose, mientras que el universo plano lo muestra como una hoja de papel.

Representación de las tres posibles geometrías del universo: cerrado, abierto y plano. Estas corresponden a distintos valores del parámetro de densidad: mayor que 1 para el universo cerrado, menor que 1 para el abierto, y exactamente igual a 1 para el plano. En un universo cerrado, el espacio es curvo como la superficie de una esfera: si se viaja en línea recta el tiempo suficiente, se termina regresando al punto de partida. En cambio, en los modelos abierto y plano, una trayectoria recta se extiende indefinidamente sin volver al mismo lugar.

Pasaron muchos años mientras la materia se formaba. La luz viajó en sus inicios y con las cuatro fuerzas, la materia se empezó a formar en grandes volúmenes, es decir, los primeros cuerpos celestes. La temperatura empezó a aumentar nuevamente alrededor de los mil millones de años después y aparecieron las primeras estrellas del universo (los primeros soles, para que lo entendáis), como PSR B1620-26 b. Se cree que muchas de estas estrellas estallaron y dieron orígenes a los agujeros negros. Lo cierto es que se originaron billones de billones de estrellas para formar los primeros cúmulos globulares, que eran como una especie de galaxias primitivas compuestas en su mayoría por estrellas (soles), gases interestelares y protogalaxias.

Surgió el posible primer planeta. Algunos creen que fue el bautizado como Matusalén. Lo cierto es que después del primero surgieron millones de planetas más, dando lugar a las primeras galaxias, las cuales eran enanas (o por lo menos eso se cree).

Cuando el gas de los átomos se empezó a expandir, surgieron las galaxias que hoy conocemos (la primera se cree que es BX442), la mayoría galaxias espirales. Una de ellas fue nuestra galaxia, la Vía Láctea, que se fundó hace 12.500 millones de años. Ahí surgieron planetas y estrellas. El primer planeta de esta galaxia puede que sea el más viejo descubierto hasta el día de hoy: Kapteyn B, y está en la Vía Láctea. Este es un exoplaneta con incluso la posibilidad de albergar vida.

En este punto la velocidad de origen de las estrellas alcanzó su punto máximo, es decir, que a cada segundo nacían numerosas estrellas y planetas a formar galaxias enteras. Hace 11.000 millones de años el universo empezó a enfriarse hasta el punto de ser menos que la superficie de una estrella roja. Las nuevas estrellas que se originaron a partir de este punto dejaron de enviar energía, lo que facilitó la producción de metales y por lo tanto el enfriamiento del universo.

Aproximadamente hace 9.900 millones de años surgieron los grupos, cúmulos y supercúmulos de galaxias, es decir, galaxias muy cercanas, como JKCS 041. Por este tiempo apareció la estrella de Barnard en la Vía Láctea que estaba creciendo, tenía en su interior su cúmulo central, bueno, el centro de la galaxia compuesto por estrellas y agujeros negros. Era y es común la fusión de galaxias o la absorción de unas sobre otras.

Hace 8.000 millones de años la tasa de creación comenzó a disminuir, la materia se volvió escasa. Después, y como dato curioso, hace 7.500 millones de años un brote de rayos gamma estalló en alguna parte y llegó a la Tierra en 2008.

El universo siguió enfriándose tal como lo está siendo ahora. Lo muy cierto es que hace aproximadamente 6.000 millones de años la Vía Láctea empezó a formarse y a tener la forma espiral que se le conoce hoy, al igual que un montón de galaxias más con estrellas (claro está), que siguieron estallando y produciendo los agujeros negros que dijimos al principio. Estos agujeros negros ayudaron a formar otras galaxias gracias a las coaliciones.

Se cree que la energía oscura aceleró nuevamente el proceso de crecimiento. Esta energía, con la gravedad, mantiene separados a los objetos y son la causa de la expansión del universo.

5.500 millones de años antes una nebulosa solar comenzó a colapsar en la Vía Láctea. Tiempo después se unió y casi mil años después formó el Sol, lo que posibilitó la creación de una masa muscular, algo insignificante para el universo: el Sistema Solar. Esto también pasó en otros millones de galaxias.

En la Vía Láctea no solo surgió el Sistema Solar. Este fenómeno del origen concluyó el periodo de estallido y creación masiva de estrellas en la Vía Láctea hace 4.600 millones de años, y cien millones de años después surgió la Tierra. Naturalmente, como la estrella era de alta temperatura, era imposible que en la Tierra albergara la vida que conocemos. Esto cambió a partir de un punto, algo que hemos dejado para que puedas leer en nuestro siguiente artículo.