por Nancy Atkinson en 02 de enero 2012



Tabla de Inventario de la Energía Cósmica de Markus Possel, Haus der Astronomie.
Nota: Markus Possel es un físico teórico convertido en científico de divulgación astronómica. Es científico administrador del Centro de Educación y Divulgación de Astronomía ´´Haus der Astronomie´´ en Heidelberg, Alemania.


Ahora que el año ha llegado a su fin, es tradicional hacer un balance. Y ¿por qué no pensar en grande y hacer un balance de todo lo que existe?

Basaremos nuestro inventario en la energía. Y tal como Einstein nos enseñó que energía y masa son equivalentes, eso significa automáticamente hacer un balance de toda la masa que hay en el universo, también incluyendo todas las formas diferentes de la materia que puedan interesarnos.

Por supuesto, ya que el universo podría ser infinito en tamaño, no podemos simplemente sumar todas las energías. Lo qué haremos en su lugar es mirar las fracciones: ¿Qué parte de la energía en el universo está en forma de planetas? ¿Cuánto está en forma de estrellas? ¿Cuánto es el plasma, o la materia oscura o energía oscura?


El gráfico anterior es un inventario bastante detallado de nuestro universo. Los números que he usado son del artículo “El Inventario de energía cósmica” de Masataka Fukugita y Jim Peebles, publicado en 2004 en el Astrophysical Journal (vol. 616, p. 643ff.). El estilo del gráfico es tomado de la “Tabla de Dosis de Radiación” de Randall Munroe sobre el xkcd.

Estas fracciones habrán cambiado mucho con el tiempo, por supuesto. En torno a los 13.7 mil millones de años, en la fase de Big Bang, no habría habido ninguna estrella en absoluto. Y el número, por ejemplo, de estrellas de neutrones o agujeros negros estelares ha aumentado continuamente a medida que más y más estrellas masivas han terminado su vida, produciendo este tipo de restos estelares. En este gráfico, siguiendo a Fukugita y Peebles, veremos la época actual. ¿Cuál es la actual distribución de energía en el universo? Como era de esperar, los valores indicados en este artículo vienen con diferentes incertidumbres - después de todo, los autores están extrapolando a muy gran escala. Los detalles se pueden encontrar en el artículo Fukugita y Peebles para nosotros, su conclusión más importante es que los datos de observación y sus fundamentos teóricos están de hecho lo suficientemente firmes como para dar una imagen aproximada, aunque diferenciadas y consistentes imágenes del inventario cósmico emergen.

Empecemos con lo más cercano a nuestra propia casa. ¿Qué parte de la energía (equivalente en masa) está en forma de planetas? Pues resulta que: no mucho. Basados en extrapolaciones de los datos que tenemos acerca de los exoplanetas (es decir, planetas que orbitan otras estrellas distintas al Sol), sólo una parte por millón (1 ppm) de toda la energía está en forma de planetas, en notación científica: 10 -6. Tomemos ´´1 ppm´´ como la unidad básica de nuestra primera tabla, y la representaremos con un pequeño cuadrado de color verde claro (Fracciones de 1 ppm estarán representadas por el coloreado parcial de dichos cuadrados). Esta es la primera sección (de tres), la lista de planetas y otras contribuciones del mismo orden de magnitud:



Entonces, ¿qué más hay en ese cuadro? Otras formas de materia condensada, el polvo cósmico sobre todo, representa el 2,5 ppm, de acuerdo con las extrapolaciones que se basan en observaciones dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Entre otras cosas, esta es la materia prima para futuros planetas!

Para la próxima contribución, un salto en la escala. De acuerdo a nuestro conocimiento, más o menos cada galaxia contiene un agujero negro supermasivo (SMBH) en su región central. Las masas de estos SMBH varían entre cien mil veces la masa de nuestro Sol y varios miles de millones de masas solares. La materia cae en un agujero negro (y queda atrapada, de manera intermitente, en los discos de acreción super calientes que giran alrededor de los SMBH) es responsable de algunos de los más brillantes fenómenos del universo: galaxias activas, incluyendo los ultra-altamente poderosos cuásares. Sin embargo, la contribución de la materia atrapada en los SMBH a nuestro inventario de energía es más bien modesta: alrededor de 4 ppm posiblemente un poco más.

¿Quién más está jugando en la misma liga? La suma total de toda la radiación electromagnética producida por las estrellas y las galaxias activas (por nombrar las dos fuentes más importantes) a lo largo de los miles de millones de años pasados, por citar uno: 2 ppm. También, los neutrinos producidos durante las explosiones de supernovas (al final de la vida de las estrellas masivas), o en la formación de las enanas blancas (restos de estrellas de menor masa como nuestro Sol), o simplemente como parte de los procesos de fusión ordinaria que potencian las estrellas ordinarias: 3,2 ppm por todas todas.

Entonces, hay energía de enlace: Si dos componentes están unidos entre sí, tendrá que invertirse energía para separarlos. Es por eso que la energía de enlace es negativa - ésta es un déficit de energía que tendrá que superarse para hacer que los componentes del sistema se separen. La energía de enlace nuclear, de las estrellas que fusionan elementos ligeros para formar otros más pesados, cuentan -6,3 ppm en el universo actual - y el total de la energía gravitatoria vinculante acumulada en estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias, otros objetos gravitacionales y la estructura a gran escala del universo que ha formado en los últimos 14 o menos mil millones de años, por unas aún mayores -13,4 ppm. En total, las contribuciones negativas de la energía de enlace más, que cancelan todas las aportaciones positivas de los planetas, la radiación, neutrinos, etc que hemos mencionado hasta ahora.

Lo que nos lleva al siguiente nivel. Para poder visualizar los mayores aportes, es necesario un cambio de escala. En el cuadro 2, un cuadrado representa una fracción de 1/20,000 ó 0.00005. Dicho de otra manera: Cincuenta de los cuadrados pequeños del cuadro 1 corresponden a un solo cuadrado en el cuadro 2:




Entonces aquí, sin más preámbulos, está el cuadro 2 (incluidos, en la esquina superior derecha, un modelo a escala del primer cuadro):




Ahora estamos en el reino de las estrellas y objetos relacionados. Mediante la medición de la luminosidad de las galaxias, y usando las relaciones estándar entre las masas y la luminosidad de las estrellas (´´masa-luz-ratio´´), puede obtenerse una primera estimación de la masa total (equivalente: energía) contenida en las estrellas. Sin embargo también tendrá que utilizarse la relación empírica (´´función inicial de masas´´) para saber cómo se distribuye esta masa: ¿Cuántas estrellas masivas debería haber? ¿Cuántas estrellas de menor masa? Puesto que las diferentes estrellas tienen diferentes tiempos de vida (viven masivamente, mueren jóvenes), se obtienen estimaciones de cuántas estrellas hay todavía en la flor de la vida (´´estrellas de la secuencia principal´´) y cuántas han muerto, dejando a las enanas blancas (estrellas de menor masa), estrellas de neutrones (estrellas más masivas) o agujeros negros estelares (estrellas aún más masivas). La distribución de la masa también proporciona una estimación de cuánta masa hay en los objetos subestelares como las enanas marrones - objetos que no tuvieron una masa suficiente para alcanzar a ser estrellas en el primer lugar.

Vamos a empezar con las estrellas de neutrones con 0,00005 (un cuadrado, a nuestra escala actual) y los agujeros negros estelares (0,00007). Curiosamente, aquellos se ven compensados por las enanas marrones que, individualmente, tienen una masa mucho menor, pero de las cuales hay, al parecer, realmente una gran cantidad (0,00014, lo que es típico de la distribución de masa estelar - un montón de estrellas de baja masa, mucho menos masivas.) Luego vienen las enanas blancas como los restos de estrellas de menor masa como nuestro Sol (0,00036). Y luego, mucho más que todos los restos u objetos subestelares combinados, las estrellas ordinarias, de secuencia principal como nuestro Sol con sus hermanas de mayor masa y (sobre todo) menor masa (0,00205).

Curiosamente, en este cuadro, las estrellas y los objetos relacionados contribuyen en masa aproximadamente la misma cantidad (o energía) que los tipos más indiferenciados de la materia: gas molecular (mayormente moléculas de hidrógeno, con 0,00016), átomos de hidrógeno y helio (H y He, 0.00062) y , más notablemente, el plasma que llena el vacío entre las galaxias en los cúmulos de gran tamaño (0.0018) suman la friolera de 0,00258. Las estrellas, enanas marrones y los restos se suman hasta 0,00267.

Nuevas contribuciones con aproximadamente el mismo orden de magnitud son los supervivientes de nuestro universo pasado más lejano: la radiación cósmica de fondo (CMB), el remanente de la radiación extremadamente caliente interactúa con el plasma igualmente caliente en la fase del Big Bang, contribuye 0,00005, el menos conocido fondo cósmico de neutrinos, otro remanente de ese equilibrio temprano, aporta un notable 0,0013. La energía de enlace de los primeros sucesos de fusión primordiales (la formación de elementos ligeros en los famosos ´´primeros tres minutos´´) da un aporte más en este rango: -0,00008.

Mientras, en el cuadro anterior, la necesidad de saber no fue dominante, tampoco hizo mella. Esto cambia cuando se pasa al cuadro 3. En este cuadro, un cuadrado corresponde a 0.005. En otras palabras: 100 cuadrados del cuadro 2 corresponden a un solo cuadrado en el cuadro 3:

El cuadro 3 es el último cuadro de nuestra tabla. Una vez más, un modelo a escala del cuadro 2 se agrega para comparación: Todo lo que está en el cuadro 2 corresponde a un cuadrado y un poco más en el cuadro 3.




El primer aporte nuevo: el plasma caliente intergaláctico. Su presencia se deduce de la cantidad total de materia ordinaria (que sigue a partir de mediciones de la radiación cósmica de fondo, combinada con los datos de los estudios y mediciones de las abundancias de elementos ligeros), en comparación con la materia ordinaria que ha sido efectivamente detectadas (como el plasma , estrellas, por ejemplo). A partir de modelos de formación de estructuras a gran escala, se deduce que esta materia perdida debe venir en la forma (sin forma?) de un plasma difuso, el cual no es denso (o caliente) lo suficiente como para permitir la detección directa. Esta sustancia cósmica de relleno da un monto de 0,04, o el 85% de la materia ordinaria.

Las últimas dos (dominantes) contribuciones no son ninguna sorpresa para nadie que se mantenga al día con la cosmología básica: la materia oscura con el 23% es, de acuerdo a las simulaciones, la columna vertebral de la estructura cósmica a gran escala, con la materia ordinaria siendo no es más que la decoración del pastel. Por último, pero no menos importante, está la energía oscura con su contribución del 72%, responsable tanto de la expansión acelerada del cosmos, como del premio Nobel de Física del 2011.

Una minoría poblando una parte por millón, un tipo de objeto hecho de materia cósmica no estándar - que somos nosotros. Pero al mismo tiempo, somos una especie, que, en su posición marginal cósmica no obstante, ha dado pasos considerables en el descubrimiento de la gran imagen - incluyendo el inventario cósmico representado en este gráfico.



Fuente: universetoday.com
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Perdón por lo largo del thread

¿Perdón? ¡Es interesantísimo!

Si, muy interesante y complicado tambien, seria mas facil de interpretar si usarian porcentajes aunque sea para comodidad visual.

Muy buena info como siempre!!!!