La jerarquía del Universo: a mayor tamaño, menor densidad.

Por • 15 Sep, 2010 • Sección: Hablar de Ciencia

Desde los trabajos de Torricelli (s.XVII), que culminó en el descubrimiento de que la Tierra está rodeada por una atmósfera gaseosa que se hace cada vez más diluida cuanto más nos alejamos de la superficie terrestre, y Pascal (s. XVII), que llegó a especular qué podría significar esto para la naturaleza del espacio exterior, una de las preguntas a responder era la siguiente:

¿Había un vacío verdadero que nos rodeaba o había simplemente un medio que se hacía cada vez menos denso más allá del Sol y los planetas?

En la época de Pascal no era posible apreciar la enormidad del problema.

La imagen actual del Universo nos permite distinguir la naturaleza del espacio exterior con considerable detalle. Lo que hemos encontrado es doblemente sorprendente. La materia está organizada en una jerarquía de sistemas de tamaño creciente y densidad media decreciente. Esto es debido a que casi todo el espacio está vacío y, por tanto, cuanto mayor sea la porción de espacio que seleccionemos menor será la relación entre la masa y el volumen.

En orden ascendente de tamaño existes:

Planetas, grupos y cúmulos de estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias, supercúmulos y, finalmente, el Universo.

Entre estas regiones de densidad mayor que la media del Universo se encuentran moléculas de gas y motas de polvo.

La densidad media de un planeta o una estrella como el Sol está cerca de 1g por cm3, lo que significa unos 1024 átomos por cm3. Esta es aproximadamente la densidad de los objetos que encontramos a nuestro alrededor. Es enormemente mayor que la densidad media del Universo.

Si distribuyéramos por igual todo el material luminoso en el Universo visible, entonces encontraríamos sólo alrededor de un átomo por cada metro cúbico de espacio.

Hay aproximadamente cien mil millones de galaxias dentro de este Universo visible y la densidad media de material dentro de las galaxias es aproximadamente un millón de veces mayor que la que hay en el Universo visible como un todo, y corresponde a aproximadamente un átomo por cada centímetro cúbico.

A medida que examinamos volúmenes cada vez mayores del Universo, la densidad de material que encontramos sigue disminuyendo hasta que salimos de las dimensiones de los cúmulos de galaxias. Cuando llegamos a dicha escala, la acumulación de materia empieza a desvanecerse y se parece cada vez más a una minúscula perturbación aleatoria de un mar uniforme de materia, con una densidad de aproximadamente un átomo por cada metro cúbico.

A medida que buscamos en las mayores dimensiones visibles del Universo, encontramos que las desviaciones de la uniformidad perfecta de la materia y la radiación se quedan en un bajo nivel de sólo una parte en cien mil. Esto nos muestra que el Universo no es lo que se ha llegado a conocerse como un fractal, en donde la acumulación de materia en cada escala parece una imagen ampliada de la escala superior siguiente.

Que el Universo posea una densidad muy baja no es un accidente. La expansión del Universo relaciona su tamaño y su edad con la atracción gravitatoria del material que contiene. Para que el Universo se expanda el tiempo suficiente para permitir que los ladrillos de la vida se formen en los interiores de las estrellas debe tener una edad de miles de millones de años. Esto significa que debe tener una extensión de de miles de millones de años luz y poseer una densidad de materia promedio muy pequeña y una temperatura muy baja.

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