Astrofísica: Secretos del Universo en Colombia | ORBITECH

El Big Bang: ¿Nació el universo de la nada?

El universo nació hace 1965 con el Big Bang, cuando todo el espacio-tiempo se expandió desde un punto más pequeño que un átomo. $t_{0} = \frac{1}{H_{0}}$
El universo no explotó 'en' un lugar, sino que el espacio mismo se expandió como un globo.
La evidencia clave es el fondo cósmico de microondas, detectado en 1965 por Penzias y Wilson.
Piensa en esto como el 'eco' del nacimiento del universo.
El universo observable tiene un diámetro de unos 93 mil millones de años-luz, aunque solo tiene 13.800 millones de años. $D_{o b s e r v a b l e} \approx 2 \times c \times t_{0}$
¡El espacio se expandió más rápido que la luz!
Si el universo fuera Bogotá, la Vía Láctea sería del tamaño de un barrio como Chapinero.
Escala: 1 año-luz ≈ 10 km en esta analogía.
La teoría del Big Bang explica por qué todas las galaxias se alejan unas de otras. $v = H_{0} \times d$
Cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja.

t_{0} = \frac{1}{H_{0}}

Una galaxia típica como la Vía Láctea tiene unos 100.000 años-luz de diámetro y contiene entre 100 y 400 mil millones de estrellas.
¡Cada estrella podría tener sus propios planetas como la Tierra!
El telescopio Hubble reveló que hay más de 2 billones de galaxias en el universo observable (NASA). $N_{g a l a x i a s} > 2 \times 10^{12}$
Cada punto de luz en el Campo Ultra Profundo es una galaxia.
La galaxia de Andrómeda, visible desde Colombia con telescopios pequeños, se acerca a la Vía Láctea a 110 km/s. $v = 110 km/s$
En 4.500 millones de años ¡colisionarán! Pero no te preocupes, no verás el choque.
Desde el desierto de La Tatacoa (Huila), en noches despejadas, puedes observar galaxias como Andrómeda a simple vista.
Lleva una manta y disfruta del espectáculo celeste.
Las galaxias más lejanas detectadas tienen unos 13.400 millones de años, casi el límite del universo observable. $z \approx 11 (d e s p l a z a m i e n t o a l r o j o)$
Cuanto mayor es z, más antigua y lejana es la galaxia.

v = H_{0} \times d

La materia oscura compone el 27% del universo y no emite luz, pero su gravedad mantiene unidas las galaxias. $Ω_{m a t e r i a o s c u r a} \approx 0.27$
Sin ella, las galaxias se desarmarían como un bus de TransMilenio sin frenos.
La energía oscura, que compone el 68% del universo, acelera su expansión desde 1998. $Ω_{e n e r g \overset{´}{ı} a o s c u r a} \approx 0.68$
Es como un 'empujón' invisible que separa las galaxias.
La densidad crítica $ρ_{c}$ determina si el universo se expandirá para siempre o colapsará. $ρ_{c} = \frac{3 H_{0}^{2}}{8 π G}$
Si la densidad real > $ρ_{c}$ , el universo colapsará. ¡Hoy sabemos que no es el caso!
En Medellín, si las calles fueran galaxias, la materia oscura sería el 'pegamento invisible' que mantiene todo unido.
Sin materia oscura, las 'calles-galaxias' se dispersarían como un gas.
La energía oscura actúa como una 'antigravedad' que acelera la expansión del universo. $a = \frac{\ddot{a}}{a} > 0$
Descubierta en 1998 con supernovas tipo Ia.

ρ_{c} = \frac{3 H_{0}^{2}}{8 π G}

El telescopio Hubble capturó el Campo Ultra Profundo con galaxias de hasta 13.200 millones de años (NASA). $t_{g a l a x i a} \approx 13.2 \times 10^{9} años$
Es como mirar una foto de tu infancia... pero del universo.
El telescopio James Webb, lanzado en 2021-12-25, detectó galaxias de 13.400 millones de años.
¡El James Webb es como unas gafas de realidad virtual para el cosmos!
En Colombia, el Observatorio Astronómico Nacional (Bogotá) permite observar cúmulos estelares y nebulosas.
Visita el observatorio en una noche de 2023-10-15 para ver la Nebulosa de Orión.
La magnitud aparente $m$ mide el brillo de un objeto visto desde la Tierra. $m - M = 5 \log_{10} (d) - 5$
Cuanto menor es $m$ , más brillante es el objeto (¡el Sol tiene $m = - 26.7$ !).
Si ves una 'estrella' moviéndose rápido en el cielo, puede ser un satélite Starlink, no un ovni.
¡No todos los puntos luminosos son estrellas!

m - M = 5 \log_{10} (d) - 5

Un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea tiene 4 millones de masas solares. $M_{S M B H} \approx 4 \times 10^{6} M_{⊙}$
Si el Sol fuera un agujero negro, su radio sería de solo 3 km.
La primera imagen de un agujero negro (M87*) se publicó en 2019-04-10 por el Event Horizon Telescope.
¡Es como fotografiar una naranja en la Luna desde la Tierra!
El radio de Schwarzschild $R_{s}$ define el horizonte de eventos de un agujero negro. $R_{s} = \frac{2 G M}{c^{2}}$
Si comprimes la Tierra a 9 mm, ¡se convertiría en un agujero negro!
Los agujeros negros distorsionan el espacio-tiempo como un remolino en el río Magdalena durante la temporada de lluvias.
La gravedad es tan intensa que ni la luz puede escapar.
En Colombia, el agujero negro de la Vía Láctea es invisible, pero su influencia se detecta en las órbitas de las estrellas cercanas. $F = G \frac{m_{1} m_{2}}{r^{2}}$
Las estrellas orbitan tan rápido que ¡deben estar cerca de algo masivo!

R_{s} = \frac{2 G M}{c^{2}}

1927: Georges Lemaître propone la teoría del átomo primitivo (Big Bang).: Lemaître, sacerdote y físico, sugirió que el universo comenzó como un punto infinitamente denso.
1965: Descubrimiento del fondo cósmico de microondas.: Penzias y Wilson detectaron por accidente la 'radiación fósil' del Big Bang, confirmando la teoría.
1998: Evidencia de la energía oscura acelerando la expansión del universo.: Tres equipos de astrónomos descubrieron que la expansión del universo se acelera, ganando el Nobel en 2011.
2019-04-10: Primera imagen de un agujero negro (M87*).: El Event Horizon Telescope reveló la sombra de un agujero negro supermasivo a 55 millones de años-luz.
El universo observable tiene más de 2 billones de galaxias (NASA).: Cada galaxia contiene entre 100 millones y 400 mil millones de estrellas.