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The origin of the universe I SOLUTIONS

  1. 1. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín THE ORIGIN OF THE UNIVERSE- ANSWER KEY ACTIVITY 1 Aristarchus (Ἀρίσταρχος, Aristarkhos, 310 BCE – ca. 230 BCE) of Samos was an ancient Greek astronomer and mathematician who presented the first known model that placed the Sun at the center of the known universe with the Earth revolving around it (see Solar system). He was influenced by Philolaus of Croton, but he identified the "central fire" with the [1] Sun, and put the other planets in their correct order of distance around the Sun. His astronomical ideas were often rejected in favor of the geocentric theories of Aristotle and Ptolemy. Claudius Ptolemy (/ˈtɒləmi/; Greek: Κλαύδιος Πτολεμαῖος, Klaudios Ptolemaios, pronounced [kláwdios ptolɛmɛːos]; Latin: Claudius Ptolemaeus; c.AD 90 – c. AD 168) was a Greco-Roman writer of Alexandria, known as a mathematician, astronomer, geographer, astrologer, and poet of a single epigram in the Greek Anthology. Ptolemy was the author of several scientific treatises, at least three of which were of continuing importance to later Islamic and European science. The first is the astronomical treatise now known as the Almagest. The Almagest is the only surviving comprehensive ancient treatise on astronomy. Ptolemy presented his astronomical models in convenient tables, which could be used to compute the future or past position of the planets. The Almagest also contains a star catalogue, which is an appropriated version of a catalogue created by Hipparchus. Its list of forty-eight constellations is ancestral to the modern system of constellations, but unlike the modern system they did not cover the whole sky. Ptolemy presented a useful tool for astronomical calculations in his Handy Tables, which tabulated all the data needed to compute the positions of the Sun, Moon and planets, the rising and setting of the stars, and eclipses of the Sun and Moon. 1 Galileo Galilei ( 15 February 1564 – 8 January 1642). His contributions to observational astronomy include the telescopic confirmation of the phases of Venus, the discovery of the four largest satellites ofJupiter (named the Galilean moons in his honour), and the observation and analysis of sunspots. Galileo also worked in applied science and technology, inventing an improved military compass and other instruments. Galileo's championing of heliocentrism was controversial within his lifetime, when most subscribed to either geocentrism or the Tychonic system. He met with opposition from astronomers, who doubted heliocentrism due to the absence of an observed stellar parallax. Modern astronomy is said to have started with Nicolaus Copernicus in the sixteenth century. He pointed out that the Sun, not Earth, was the central body in the solar system. This knowledge gave later scientists, like Tycho Brahe, a basis for describing the motions of the bodies in the system. Johannes Kepler studied Brahe’s data and formulated three laws of planetary motion: 1. Planetary orbits are elliptical. 2. The closer a planet is to the Sun, the faster it moves around the Sun. 3. The size of a planet's orbit is related to the amount of time it takes to orbit the Sun. The larger the orbit, the longer one full revolution takes. Kepler did not try to explain the forces that acted on planets. In the seventeenth century, Isaac Newton explained why the planets move as they do by writing his laws of motion and gravitation.
  2. 2. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín ACTIVITY 2 STONEHENGE La finalidad que tuvo la construcción de este gran monumento se ignora, pero se supone que se utilizaba como templo religioso, monumento funerario u observatorio astronómico que servía para predecir las estaciones. En el solsticio de verano, el Sol salía justo atravesando el eje de la construcción, lo que hace suponer que los constructores tenían conocimientos de astronomía. El mismo día, el Sol se ocultaba atravesando el eje del Woodhenge, donde se han encontrado multitud de huesos de animales y objetos que evidencian que se celebraban grandes fiestas, probablemente al anochecer Stonehenge has an opening in the henge earthwork facing northeast, and suggestions that particular significance was placed by its builders on the solstice and equinox points have followed. For example, the summer solstice sun rose close to the Heelstone, and the sun's first rays shone into the centre of the monument between the horseshoe arrangement. PIRÁMIDES DE EGIPTO 2 Numerosos estudios y investigaciones efectuadas en el interior de la Gran Pirámide han detectado la existencia de diversos conductos. Al principio se pensó que habían sido construidos para favorecer la ventilación en el interior de la pirámide, sin embargo, el hecho de que dichos pozos de ventilación estuvieran sellados por ambos extremos, indica que su utilidad no era facilitar la ventilación, sino que fueron construidos para otros usos. Lo más significativo de los conductos es la dirección a la cual apuntan: hacia regiones estelares específicas que tenían gran importancia para los antiguos egipcios. Con lo cual, se empezaron a investigar las implicaciones astronómicas relacionadas con la construcción de las pirámides. Según el análisis de los datos obtenidos y mediante la alineación exacta de los ángulos de la Gran Pirámide, se realizó un extraordinario descubrimiento. El conducto sur de la Cámara del Rey apuntaba hacia el Cinturón de Orión, asociado con el dios Osiris y el conducto equivalente de la Cámara de la Reina apuntaba hacia Sirio, la estrella de la diosa Isis. Estas direcciones están relacionadas con la finalidad de la pirámide y con su posible religión astral. A través de diversas investigaciones y controversias de todo tipo, se puede llegar a la conclusión que el monumento es religioso, y su finalidad principal en el culto era asistir al rey muerto en su ascensión al cielo. Se trataría de un sepulcro con una poderosa función astrológica. La religión en la Era de las Pirámides era una religión estelar, y en sus rituales el rey se convertía en una estrella y su alma estelar se transfería a los astros australes de Orión y Sirio y a las estrellas del norte, que incluían las tres constelaciones circumpolares de la Osa Mayor, la Osa Menor y el Dragón. Estos elementos vitales de la religión celeste debían expresarse en el diseño del monumento. En última instancia, la estructura de la pirámide era primordialmente un instrumento de renacimiento para el rey difunto. Las pirámides muestran unos alineamientos estelares. Las bases se alinean meridionalmente con las estrellas. La Gran Pirámide tiene cuatro conductos que apuntan hacia importante estrellas relacionadas con el culto al renacimiento. Con lo cual, se hace evidente que la disposición de las pirámides y su construcción tuvo que ver con la práctica religiosa de los antiguos egipcios relacionada con las estrellas y sus constelaciones astronómicas.
  3. 3. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín EGYPT PYRAMIDS The Egyptian pyramids were carefully aligned towards the pole star, and the temple of AmunRe at Karnak was aligned on the rising of the midwinter sun. The orientation of Egyptian pyramids suggests that their knowledge of geography and astronomy was pretty impressive. The four corners of most pyramids line up almost exactly with the four cardinal directions, only deviating by about six hundredths of a percent. It also seems that many pyramids are oriented to the three stars that make up Orion's belt. A theory known as the Star Correlation Theory points out that the "air shafts" are perfectly aligned to point to those stars, and to the star Sirius. MACHU PICCHU Una de las funciones principales del Machu Picchu era la de observatorio astronómico. La piedra de Intihuatana, ha sido acabadamente demostrado que era un indicador exacto de la fecha de los dos equinoccios y de otros períodos celestes significativos. El Intihuatana (también llamado la piedra de Saywa o de Sukhanka) fue diseñado para "atrapar" al sol en los dos equinoccios, no en el solsticio (como se indica en algunos libros turísticos de la literatura ). En el mediodía el 21 de marzo y el 21 de septiembre, el sol se coloca directamente sobre el pilar, no creando ninguna sombra en absoluto. En este momento exacto, el sol “se sienta con todo su poder sobre el pilar” y por un momento está “atado” a la roca. 3 En estos períodos, los incas llevaron a cabo ceremonias en la piedra en la cual “ataron el sol” para detener su movimiento marcando el norte en el cielo. Hay también una alineación de Intihuatana con el solsticio de diciembre (el solsticio de verano del hemisferio meridional), que en la puesta del sol el sol se hunde detrás de Pumasillo (la garra del puma), la montaña más sagrada de la gama occidental de Vilcabamba, pero la capilla en sí misma es sobre todo equinoccial. Machu Picchu has at least two structures that may have had astronomical importance. The first is a stone pillar that the Incas called "for tying the Sun," or "intihuatana." This pillar may have been associated with the winter solstice. The second structure of interest astronomically is a room known as the Torreon which may have been a primitive observatory. It includes a natural stone altar that is enclosed by a beautifully designed spiral wall, with windows of various shapes and sizes built into it. These windows appear to have been deliberately placed so as to provide views of particular astronomical objects and events. For example, when seen from the stone altar, one window facing southeast provides a view of the Andean constellation, Collca, rising, while through another northeast– facing window, one can watch the Pleiades rising. Both the Pleiades and Collca are known to have played an important role in Incan culture. The northeast-facing window can also be used to determine the date of thesummer solstice.
  4. 4. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín PIEDRA DEL SOL Como su nombre lo indica, la Piedra del Sol se trata de una gran piedra redonda que pesa más de 20 toneladas. Es sorprendente dado que este pueblo no contaba con martillos ni taladros para construir algo con dimensiones tales. Este calendario es 103 años más viejo que el gregoriano. Se construyó a lo largo de 52 años (de 1427 a 1479). En su centro se encuentra una imagen del dios Sol y le rodean una serie de símbolos ―seres vivos y elementos naturales con los que este pueblo estaba familiarizado― que representan las estaciones y los días del mes azteca. El año azteca contaba con 18 meses, cada uno de ellos de 20 días. La suma de estos números daba 360 días; sin embargo, dado que los expertos habían determinado que el año contenía 365 días, se le sumaron 5 días llamados Nemontemi, que quiere decir ‘días de sacrificio’. Todo esta información nos revela lo avanzados que eran los conocimientos astronómicos del pueblo azteca y qué nivel de sofisticación desarrollaron sus estudiosos, de modo que pudieran crear todo un sistema complejo y bastante acertado del tiempo, así como tener una comprensión de la importancia de la astronomía para la vida humana. The Aztecs made great advances in the sciences, especially in astronomy. One of the major events in Aztec history is the building of the Calendar Stone. For 52 years (from 1427 to 1479), the Aztecs had been laboring to build the Calendar Stone. The Calendar Stone was a massive piece of rock 3 feet thick and 12 feet in diameter. Weighing about 24 metric tons, it contained pictographs for the days and months of the Aztec calendar. 4 The Aztec calendar was a remarkable demonstration of the advances made by the Aztecs in the science of astronomy. It had 18 months, with each month containing 20 days. Thus, 360 days would constitute one year. The Aztecs, however, had determined that the year contained 365 days. Therefore, they added 5 days called the "Nemontemi", or sacrificial days. These days, when added to the already existing 360, raised the number of days in a year to the astronomically correct number of 365. Keeping in mind that this was 103 years before the Gregorian calendar (used in our world today), it's easy to see the level of sophistication that Aztec science had already reached. LÍNEAS NAZCA
  5. 5. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín CHICHEN ITZÁ Como sucedió hace más de 1,000 años, el fenómeno del equinoccio (21/22 marzo y septiembre) en el templo de Kukulcán en Chichén Itzá, sigue conmoviendo los corazones de los espectadores. En estas épocas del año, el juego de luz y sombra en el templo, crea esta ilusión óptica: La de una serpiente que se mueve. Miles de entusiastas se reunen en Chichén Itzá para vivir la experiencia de la magia maya de observar a la serpiente bajar por el templo. Se ha descubierto que en los días equinocciales, antes de ocultarse el sol entre las 14:15 a 16:50Hrs, las sombras de las esquinas de las plataformas superpuestas del lado norte, se van proyectando de arriba hacia abajo en forma sucesiva en la orilla de la alfarda norte hasta que se forman con claros de luz solar siete ángulos isósceles, de manera que el conjunto se asemeja al cuerpo ondulante de una serpiente que parece descender de la pirámide porque el séptimo triángulo coincide con la garganta del reptil que está al principio de la alfarda. Este fenómeno dura unos minutos conforme el sol se oculta, y los triángulos van desapareciendo en orden inverso, o sea de abajo hacia arriba. CONSTELLATIONS. The heaven´s map. 5 A constellation is group of stars like a dot-to-dot puzzle. If you join the dots—stars, that is—and use lots of imagination, the picture would look like an object, animal, or person. For example, Orion is a group of stars that the Greeks thought looked like a giant hunter with a sword attached to his belt. Other than making a pattern in Earth's sky, these stars may not be related at all. For example, Alnitak, the star at the left side of Orion's belt, is 817 light years away. (A light year is the distance light travels in one Earth year, almost 6 trillion miles!) Alnilam, the star in the middle of the belt, is 1340 light years away. And Mintaka at the right side of the belt is 916 light years away. Yet they all appear from Earth to have the same brightness.
  6. 6. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín Even the closest star is almost unimaginably far away. Because they are so far away, the shapes and positions of the constellations in Earth's sky change very, very slowly. During one human lifetime, they change hardly at all. So, since humans first noticed the night sky they have navigated by the stars. Sailors have steered their ships by the stars. Even the Apollo astronauts going to the Moon had to know how to navigate by the stars in case their navigation instruments failed. WHAT ELSE ARE CONSTELLATIONS GOOD FOR? Star patterns are also very helpful for navigating a spacecraft. Most spacecraft have steered by the stars—or at least checked the stars once in a while to make sure the spacecraft was still on course and pointed in the right direction. WHAT IS YOUR SIGN? What is the zodiac and what is special about these constellations? Imagine a straight line drawn from Earth through the Sun and out into space way beyond our solar system where the stars are. Then, picture Earth following its orbit around the Sun. This imaginary line would rotate, pointing to different stars throughout one complete trip around the Sun—or, one year. All the stars that lie close to the imaginary flat disk swept out by this imaginary line are said to be in the zodiac. 6 The constellations in the zodiac are simply the constellations that this imaginary straight line points to in its year-long journey. In ancient times, astronomers did not fully understand how Earth, the Sun, and the stars moved. Nor did they have any idea the Universe is so vast. But they were keen observers of the sky and tried very hard to make sense of it. People had already imagined that the constellations might be important symbols, telling stories of their gods and other myths. It was not a big step to suppose that the changing positions of the constellations at different times of the year might be important to people and events on Earth. The Babylonians lived over 3,000 years ago. They divided the zodiac into 12 equal parts--like cutting a pizza into 12 equal slices. They picked 12 constellations in the zodiac, one for each of the 12 "slices." So, as Earth orbits the Sun, the Sun would appear to pass through each of the 12 parts of the zodiac. Since the Babylonians already had a 12-month calendar (based on the phases of the Moon), each month got a slice of the zodiac all to itself.
  7. 7. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín But even according to the Babylonians' own ancient stories, there were 13 constellations in the zodiac. (Other cultures and traditions have recognized as many as 24 constellations in the zodiac.) So the Babylonians picked one, Ophiuchus, to leave out. Even then, some of the chosen 12 didn't fit neatly into their assigned slice of the pie and slopped over into the next one. When the Babylonians first invented the 12 signs of zodiac, a birthday between about July 23 and August 22 meant being born under the constellation Leo. Now, 3,000 years later, the sky has shifted because Earth's axis (North Pole) doesn't point in quite the same direction. 7 Now Mimi's August 4 birthday would mean she was born "under the sign" of Cancer (one constellation "earlier"), not Leo. The constellations are different sizes and shapes, so the Sun spends different lengths of time lined up with each one. The line from Earth through the Sun points to Virgo for 45 days, but it points to Scorpius for only 7 days. To make a tidy match with their 12-month calendar, the Babylonians ignored the fact that the Sun actually moves through 13 constellations, not 12. Then they assigned each of those 12 constellations equal amounts of time. Besides the 12 familiar constellations of the zodiac, the Sun is also aligned with Ophiuchus for about 18 days each year. If you want to find out what your "sign" really is (not that it matters!), here are all 13 traditional constellations in the zodiac and the dates the Sun "passes through" them. If we count all the traditional constellations, there are 13 in the zodiac, not 12. So here are the dates (give or take one day each year) when the Sun is between Earth and each of these 13 constellations.) Constellation Dates Number of Days Sagittarius Dec 18 - Jan 18 32 Capricornus Jan 19 - Feb 15 28 Aquarius Feb 16 - Mar 11 24 Pisces Mar 12 - Apr 18 38
  8. 8. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín Aries Apr 19 - May 13 25 Taurus May 14 - Jun 19 37 Gemini Jun 20 - Jul 20 31 Cancer Jul 21 - Aug 9 20 Leo Aug 10 - Sep 15 37 Virgo Sep 16 - Oct 30 45 Libra Oct 31 - Nov 22 23 Scorpius Nov 23 - Nov 29 7 Ophiuchus Nov 30 - Dec 17 18 ACTIVIDAD Nº 4. BING BANG http://elrincondelacienciaytecnologia.blogspot.com.es/2011/09/teoria-del-big-bang.html 8 A. En cosmología física, la teoría del Big Bang o teoría de la gran explosión es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal. Técnicamente, este modelo se basa en una colección de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big Bang" se utiliza tanto para referirse específicamente al momento en el que se inició la expansión observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido más general para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del mismo. Para llegar al modelo del Big Bang, muchos científicos, con diversos estudios, han ido construyendo el camino que lleva a la génesis de esta explicación. Los trabajos de Alexander Friedman, del año 1922, y de Georges Lemaître, de 1927, utilizaron la teoría de la relatividad para demostrar que el universo estaba en movimiento constante. Poco después, en 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble (1889-1953) descubrió galaxias más allá de la Vía Láctea que se alejaban de nosotros, como si el Universo se expandiera constantemente. En 1948, el físico ucraniano nacionalizado estadounidense, George Gamow (1904-1968), planteó que el universo se creó a partir de una gran explosión (Big Bang). Recientemente, ingenios espaciales puestos en órbita (COBE) han conseguido "oír" los vestigios de esta gigantesca explosión primigenia. B. Curiosamente, la expresión Big Bang proviene -a su pesar- del astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teoría y, a su vez, uno de los principales defensores de la teoría del estado estacionario, quien en 1949, durante una intervención en la BBC dijo, para mofarse, que el modelo descrito era sólo un big bang (gran explosión). No obstante, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una «singularidad» infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.
  9. 9. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín C. Evidencias de por qué está en continua expansión… En 1929, Edwin Hubble realizó observaciones que sirvieron de fundamento para comprobar la teoría de Lemaître. Hubble probó que las nebulosas espirales son galaxias y midió sus distancias observando las estrellas variables cefeidas en galaxias distantes. Descubrió que las galaxias se alejan unas de otras a velocidades (relativas a la Tierra) directamente proporcionales a su distancia. Este hecho se conoce ahora como la ley de Hubble . Según el principio cosmológico, el alejamiento de las galaxias sugería que el Universo está en expansión. Esta idea originó dos hipótesis opuestas. La primera era la teoría Big Bang de Lemaître, apoyada y desarrollada por George Gamow. La segunda posibilidad era el modelo de la teoría del estado estacionario de Fred Hoyle, según la cual se genera nueva materia mientras las galaxias se alejan entre sí. En este modelo, el Universo es básicamente el mismo en un momento dado en el tiempo. Durante muchos años hubo un número de adeptos similar para cada teoría. En general, se consideran tres las evidencias empíricas que apoyan la teoría cosmológica del Big Bang. Éstas son: la expansión del universo que se expresa en la Ley de Hubble y que se puede apreciar en el corrimiento hacia el rojo de las galaxias, las medidas detalladas del fondo cósmico de microondas, y la abundancia de elementos ligeros. Además, la función de correlación de la estructura a gran escala del Universo encaja con la teoría del Big Bang. Expansión expresada en la ley de Hubble D. 9 Como la misma palabra dice, es lo opuesto de la materia, es decir: una materia cuyas partículas elementales tienen carga eléctrica opuesta a la normal. Así, en un átomo de antimateria encontramos en lugar de protones (positivos), antiprotones (negativos) y, en lugar de electrones (negativos), antielectrones o positrones (positivos). Cuando una partícula y una anti-partícula entran en contacto, se produce el fenómeno de la aniquilación o sea de la transformación de la materia en energía. La antimateria, prevista teóricamente por los físicos de los años 30, ha sido producida en laboratorios desde mediados los años 50, gracias a los potentes aceleradores de partículas. Según una teoría cosmológica, en el Universo existen cantidades iguales de materia y de antimateria confinada, obviamente, en regiones distantes entre sí. Sin embargo, en los puntos de encuentro, se producirían grandes fenómenos de aniquilación. Los rayos Gamma, que se observar como radiación de fondo del Universo, son interpretados por algunos como el producto secundario de esta aniquilación.
  10. 10. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín E. Significado de la Ley de Hubble La ley de Hubble es una ley de cosmología física que establece que el corrimiento al rojo de una galaxia es proporcional a la distancia a la que está después de cerca de una década de observaciones. Es considerada como la primera evidencia observacional del paradigma de la expansión del universo y actualmente sirve como una de las piezas más citadas como prueba de soporte del Big Bang. Según la Ley de Hubble, una medida de la inercia de la expansión del universo viene dada por la Constante de Hubble. A partir de esta relación observacional se puede inferir que las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a su distancia, relación más general que se conoce como relación velocidad-distancia y que a veces es confundida con la ley de Hubble. Los cálculos más recientes de la constante, utilizando los datos del satélite WMAP, empezaron en 2003, permitieron dar el valor de 71 ± 4(km/s)/Mpc para esta constante. En 2006 los nuevos datos aportados por este satélite dieron el valor de 70 (km/s)/Mpc, +2.4/-3.2. De acuerdo con estos valores, el universo tiene una edad próxima a los 14.000 millones de años. En agosto de 2006, una medida menos precisa se obtuvo independientemente utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra orbital de la NASA: 77 ± 15%(km/s)/Mpc. La Constante de Hubble es un número que describe la velocidad de expansión del universo actual. 10 En un Universo en expansión las galaxias más distantes se alejan de nosotros a mayor velocidad que las más próximas, la constante de Hubble establece una relación entre la distancia a que se encuentra de nosotros una galaxia y la velocidad a la que se aleja. La velocidad de alejamiento de un objeto distante debida a la expansión del universo se obtiene multiplicando la constante de Hubble por la distancia que nos separa de él: v=Hd. El valor generalmente aceptado de la constante de Hubble en la actualidad es de entre 65 y 80 km/seg por megaparsec. Significado de 1/H0. Especifica la edad del universo. You can actually calculate an estimate for the age of the Universe from Hubble's Law. The distance between two galaxies is D. The apparent velocity with which they are separating from each other is v. At some point, the galaxies were touching, and we can consider that time the moment of the Big Bang. If you take the separation between the two galaxies (D) and divide that by the apparent velocity (v), that will leave you with how long it took for the galaxies to reach their current separation. The standard analogy here is to consider that you are now 300 miles from home. You drove 60 mph the entire time, so how long did it take you to get here? Well, 300 miles / 60 mph = 5 hours.
  11. 11. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín       So the time it has taken for the galaxies to reach their current separations is t = D / v. But from Hubble's Law, we know that v = H0 x D. So, t = D / v = D / (H0 x D) = 1 / H0. So you can take 1/H0 as an estimate for the age of the Universe. The best estimate for H0 = 73 km/s/Mpc. To turn this into an age, we'll have to do a unit conversion. Since 1 Mpc = 3.08 x 1019 km, H0 = (73 km/s/Mpc) x (1 Mpc/3.08 x 1019 km) = 2.37 x 1018 1/s. So the age of the Universe is t = 1/H0 = 1 / 2.37 x 10-18 1/s = 4.22 x 1017 s = 13.4 billion years. F. Cucurucho galáctico. 11 G. ANIMACIÓN H. Corrimiento al rojo En 1929, el astrónomo E. Hubble postuló que el universo se expandía de modo tal que cada galaxia se aleja de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia; cuanto más débil es el brillo de la galaxia, mayor es su velocidad de alejamiento. Este fenómeno se comprobó en todas las direcciones, sin que pueda saberse dónde estaría ubicado el centro <y/o los bordes> de ese gigantesco sistema de galaxias. Usando ese descubrimiento como herramienta de cálculo, si se consigue medir la velocidad de una galaxia alejándose, se puede deducir su distancia. Este fenómeno puede compararse en primera aproximación a un globo que está inflándose, dentro del cual hay partículas de polvo. A medida que aumenta de tamaño, es decir, las paredes del globo se extienden, las partículas de polvo de su interior se alejan unas de las otras. Algo similar sucedería en el espacio: cada partícula de polvo en el globo equivale a una galaxia del universo. Destaquemos la dificultad que surge entonces para señalar el centro del sistema estando ubicados nosotros en una de esas partículas.
  12. 12. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín La velocidad de una galaxia se obtiene a través de su espectro; como ya hemos mencionado, en los espectros de los astros aparecen líneas relacionadas con los elementos químicos presentes. Si el astro se mueve, las líneas de sus espectros se mueven de su posición natural. Si el astro se aleja, las líneas se desplazan hacia la zona de las longitudes de onda largas, identificadas con el color rojo; por esa razón, cuando se habla del corrimiento al rojo de las galaxias, se está indicando el alejamiento de las mismas. Pero de forma equivalente, si el astro se acerca, las líneas se corren hacia la zona de longitudes de onda corta, es decir, hacia el azul. Puede decirse entonces que la distancia a cada galaxia es proporcional a su corrimiento al rojo y, por lo tanto, es equivalente a su velocidad de alejamiento. Los científicos utilizaron el gran telescopio Yepún, ubicado en el cerro de Paranal, Chile, para medir la distancia a la que se encuentra la galaxia, midiendo mediante una espectroscopia el conocido como "corrimiento hacia el rojo" de la luz. Cuando la luz de un objeto viaja hacia la tierra, la expansión del universo extiende su densidad de onda, haciendo que se vuelva más roja. En el caso de la galaxiaUDFy-38135539, se detectó un nivel de corrimiento hacia el rojo que alcanzó los 8,55 puntos, una cifra que supera el récord anterior de 8,2 generado por una gran explosión de rayos gamma situada a 13.000 millones de años luz de la Tierra. ACTIVIDAD Nº 5. BOSÓN DE HIGGS 12 Mapa de las radiaciones cósmicas de fondo. La radiación cósmica de fondo es la energía remanente del Big Bang que dio origen al universo. La predicción teórica de esta radiación fue realizada por el físico ruso George Gamow y dos colegas suyos Robert C. Herman y Ralph A. Alpher en 1946. COBE El satélite COBE de la NASA detectó anisotropías (o pequeñas desviaciones de la temperatura con respecto al valor promedio) en la radiación cósmica de fondo en 1992. En la gráfica aparece la temperatura de la radiación cósmica de fondo representada por colores (caliente = rojo, frío = azul). La estructura detectada por COBE da apoyo a la teoría cosmológica del Big Bang ya que según ésta, las galaxias se formaron a muy temprana edad dejando una huella en la radiación (que corresponden a las anisotropías detectadas por el COBE).
  13. 13. Science for the Contemporary World I.E.S.” Izpisúa Belmonte” Hellín WIMAP La imagen más detallada de la historia de la radiación cósmica de fondo – es decir, de los vestigios del Big Bang – ha sido obtenida gracias al telescopio espacial Planck de la ESA y se acaba de hacer pública. El nuevo mapa, basado en datos recogidos a lo largo de quince meses y medio, es un retrato de la primera luz del cosmos, que quedó grabada en el firmamento cuanto este tenía una edad aproximada de 380.000 años. La radiación cósmica de microondas (CMB, por sus siglas en inglés) es un telón de fondo cubre todo el cosmos, responsable de una pequeña parte de la "nieve" que aparece en las pantallas de los televisores analógicos al sintonizar un canal en blanco. A medida que el universo se continúa expandiendo, la señal CMB se desplaza hacia las longitudes de onda de las microondas, el equivalente a una temperatura de apenas 2.7 grados por encima del cero absoluto. Los patrones moteados representan pequeñas variaciones de temperatura, que se corresponden con regiones que, en los primeros instantes de la historia del universo, presentaban una densidad ligeramente diferente. Estas regiones fueron las semillas de todas las estructuras que vemos hoy en día: las galaxias y las estrellas actuales. Nueva receta del cosmos 13 De acuerdo con el modelo cosmológico estándar, estas fluctuaciones aparecieron inmediatamente después del Big Bang y son las que ahora recoge en un mapa de todo el cielo Planck, con una resolución y sensibilidad sin precedentes. Analizando la naturaleza y la distribución de las "semillas" de la imagen de la radiación cósmica de fondo, podemos determinar la composición y la evolución del universo desde sus orígenes hasta la actualidad. Entre otros hallazgos sorprendentes, los científicos de la ESA han identificado una asimetría bastante evidente en las temperaturas medias de los dos hemisferios de la bóveda celeste, además de un punto frío mucho más grande de lo esperado. A esto se suma que, si antes se consideraba que el universo estaba compuesto en un 4,5% por materia ordinaria, en un 22,7% por materia oscura y que el resto era energía oscura, gracias a Planck sabemos que las proporciones son ligeramente distintas. Así, el cosmos contendría un 4,9% de materia normal, un 26,8% de materia oscura y un 68,3% de energía oscura. La imagen del telescopio Planck ofrece, además, un nuevo valor para la velocidad de expansión del universo, la constante de Hubble: se "estira" 67,15 kilómetros por segundo por megaparsec. Y eso implica que el universo debería tener una edad de 13.820 millones de años.

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