El documento resume la evolución del Universo desde el Big Bang hasta la formación de la vida en la Tierra. Explica que hace 13.700 millones de años ocurrió el Big Bang que creó el espacio, el tiempo, la materia y la energía. Detalla las etapas posteriores de formación de las primeras estrellas, galaxias y elementos químicos más complejos. Finalmente, describe cómo hace unos 4.600 millones de años se formó el Sistema Solar y cómo en la Tierra surgieron estructuras autorreplicantes hace unos 3.200 millones de años,

1. Explorando el Universo desde el Espacio:
del Big Bang al origen de la vida
J. Miguel Mas Hesse
Semana de la Ciencia
Centro de Astrobiología (CSIC - INTA)
Santander
Noviembre 2005

2. Explorando el Universo desde el Espacio: del Big-Bang
al origen de la vida
• ¿Por qué tenemos que salir al Espacio?
• Evolución del Universo: desde el Big Bang
hasta nuestros días.
• ¿Qué nos depara el futuro?
• La formación de la vida.
• Misiones futuras
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2Noviembre

3. ¿Por qué tenemos que salir al Espacio?
• La atmósfera de la Tierra nos protege de las radiaciones de
Altas Energías (rayos ultravioleta, x y gamma)
Pero a su vez nos impide ver esta radiación procedente del
Universo.
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3Noviembre

4. Semana de la Ciencia
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4Noviembre

5. ¿Por qué tenemos que salir al Espacio?
• Los fenómenos más energéticos que se dan en el Universo
emiten radiación en esas bandas.
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5Noviembre

6. Semana de la Ciencia
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6Noviembre

7. ¿Por qué tenemos que salir al Espacio?
• La única forma de poder observar todo el espectro
electromagnético es instalar los telescopios fuera de la
atmósfera, en el Espacio.
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7Noviembre

8. Click to Star
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9. ¿Por qué tenemos que salir al Espacio?
Si no salimos al espacio, tendríamos una visión sesgada del
Universo que nos rodea.
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9Noviembre

10. Semana de la Ciencia
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10
Noviembre

11. ¿Cómo es nuestro Universo?
•
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•
•
Planetas
Gas y polvo interestelar en movimiento
Galaxias
Cúmulos y supercúmulos de galaxias
Filamentos intergalácticos
…bañados por la radiación cósmica de fondo
Y todo ello en continua expansión...
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11
Noviembre

12. El Universo
Hemos aprendido mucho en las últimas décadas sobre la
constitución del Universo
Pero cuanto más aprendemos, más nos damos cuenta
de lo poco que sabemos.
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12
Noviembre

13. El Universo
• El 4% del Universo está constituido por bariones, en su mayor
parte protones y neutrones.
• El 23% parece estar formado
por materia, detectable a partir
de su efecto gravitatorio, pero no
emite radiación y no sabemos a
ciencia cierta qué es !!
• El 73% está asociado a lo que
denominamos energía oscura:
un tipo de fuerza repulsiva de
origen aún desconocido.
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13
Noviembre

14. La edad del Universo
• ¿Cómo podemos conocer la edad del Universo?
Desde 1929 sabemos que el Universo está en expansión:
Todas las galaxias se alejan las unas de las otras.
Sabiendo a qué velocidad se expande el Universo, podríamos
calcular su edad.
• La expansión sigue la Ley de Hubble, en principio:
Cuanto más alejada se encuentra una galaxia, más rápidamente
se aleja de nosotros.
V = H0 x D
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14
Noviembre

15. La edad del Universo
• La expansión implica que en el pasado todas las galaxias tenían
que estar más próximas entre sí. Conociendo la velocidad a la que
se alejan en la actualidad, podemos estimar cuándo comenzó la
expansión:
v = H0 x D
t = 1/H0
H0 ≈ 70 km/s/Mpc → t ≈ 13.700 millones de años
→ El Universo se formó hace unos 13.700 millones de años
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15
Noviembre

16. El origen del Universo
¿Cómo era el Universo en sus primeros momentos?
•
Hace unos 13.700 millones de años se produjo una gran explosión,
el Big-Bang, a partir “de la nada”.
– En el Big-Bang se “crean” el espacio, el tiempo, la materia y la
energía que constituyen nuestro Universo.
– No podemos hablar acerca de “antes del Big-Bang”, ni de “dónde”,
ya que ni el tiempo ni el espacio existían.
Cuando vamos hacia atrás en el tiempo, llega un momento en el que
los conceptos de espacio, tiempo, materia y energía se “diluyen” y
dejan de tener el significado físico normal.
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16
Noviembre

17. El origen del Universo
• Durante los primeros 380.000 años, la densidad y temperaturas de la
“sopa cósmica” eran enormes. La luz no podía desplazarse sin ser
absorbida. La materia no podía existir. El Universo era opaco.
• En esta primera fase, en la primera fracción de segundo, se produjo
una expansión súbita del Universo, que se enfrió bruscamente.
• Después de aproximadamente 380.000 años, la temperatura bajó lo
suficiente como para que se formara la materia primordial. A partir de
este momento, la luz pudo desplazarse sin ser apenas absorbida:
el Universo se hizo transparente.
¿Podríamos llegar a ver esta “bola de fuego” primordial?
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17
Noviembre

18. El origen del Universo
• A mediados de los años 60, A. Penzias y R. Wilson descubrieron esta
radiación por casualidad, con las mismas propiedades predichas por la
teoría del Big-Bang
→ Podemos ver el Big-Bang!!!
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18
Noviembre

19. El origen del Universo
De hecho, podemos observar el Universo tal y como es en la
actualidad, y tal y como ha ido siendo a lo largo de su historia
•
Cuanto más alejado esté un objeto, la luz que vemos habrá necesitado
más tiempo para llegar a nosotros.
– La luz del Sol tarda unos 8 minutos en llegar a la Tierra, y más de media
hora en llegar a Júpiter.
– Las galaxias más lejanas que llegamos a ver emitieron su luz hace miles de
millones de años, cuando el Universo era mucho más joven.
•
Observando objetos cada vez más lejanos, nos movemos hacia atrás en el
tiempo.
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Noviembre

20. El origen del Universo
Así era el Universo al terminar el
Big-Bang.
Boomerang
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20
Noviembre

21. El origen del Universo
El Observatorio WMAP (NASA)
confirmó los resultados de COBE
con mayor precisión.
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21
Noviembre

22. El origen del Universo
La misión Planck, de la ESA, permitirá estudiar esta radiación
con mucho mayor detalle a partir de 2008.
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22
Noviembre

23. El origen del Universo
Los puntos rojos son regiones de mayor
densidad: estamos viendo las semillas de
las que nacieron las galaxias!!
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23
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24. Evolución del Universo
• t ≈ 380.000 años: el medio se enfrió lo suficiente.
– Se condensó la materia en forma de protones y electrones
(en número, 99% Hidrógeno, 1% Helio, algo de Litio).
– Los fotones quedaron libres dispersándose por el naciente
Universo sin apenas interacción.
– Ya había pequeñas fluctuaciones de densidad y temperatura.
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24
Noviembre

25. Evolución del Universo
• t ≈ 500 - 1.000 millones de años: agrupamiento del gas en
forma de nubes gigantescas.
– Las nubes se fragmentan repetidamente, y se condensan en torno a
las regiones con mayor densidad inicial. La fragmentación acaba
en nubes relativamente pequeñas, con la masa de una estrella
individual.
– Al superar cierta densidad, la temperatura es muy elevada y
comienzan las reacciones nucleares: nacen las primeras estrellas.
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25
Noviembre

26. Evolución del Universo
• t >1.000 millones de años: las estrellas comienzan a
contaminar el medio interestelar.
– Con los restos de las primeras estrellas se forman nuevas estrellas
de composición química más compleja.
– A partir de los metales liberados por estas primeras estrellas
aparecen los primeros planetas.
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26
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27. Evolución del Universo
• A partir de entonces y hasta nuestros días:
– Se producen numerosas generaciones de estrellas.
– Las galaxias evolucionan, interactúan, colisionan,….
– El medio interestelar se enriquece con todo tipo de elementos.
– Se forma el Sistema Solar y la vida surge en él.
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27
Noviembre

28. Evolución del Universo
• En realidad la evolución fue un poco más compleja:
– Durante los primeros 5.000 millones de años, la densidad de
materia era mayor que la densidad de energía oscura
La expansión del Universo se deceleró poco a poco.
– Hace unos 8.000 millones de años, la densidad de energía
oscura comenzó a superar a la densidad de materia
Desde ese momento el Universo comenzó a acelerar su
expansión
• En el futuro, la evolución de la densidad de energía oscura
determinará el destino del Universo.
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28
Noviembre

29. Evolución del Universo
Semana de la Ciencia
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29
Noviembre

30. Evolución del Universo
Las galaxias se agrupan
en forma de filamentos
Simulación
Semana de la Ciencia
Observaciones
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30
Noviembre

31. Evolución del Universo
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31
Noviembre

32. ¿Cómo es nuestro Universo?
Galaxias en los confines del
Universo, cuando éste tenía sólo
pocos miles de millones de años
de años de edad.
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32
Noviembre

33. ¿Cómo es nuestro Universo?
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33
Noviembre

34. ¿Cómo es nuestro Universo?
Hubble Space Telescope - ACS
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Spitzer Space Telescope (Infrarrojo)
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35. Nuestro Universo
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35
Noviembre

36. Galaxias: starbursts
M 82
M 81
GALEX (UV)de la Ciencia
Semana
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36
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37. Nuestro Universo
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37
Noviembre

38. Nuestro Universo
Las “Antenas”:
galaxias en
colisión
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38
Noviembre

39. Nuestro Universo
Las colisiones pueden
afectar a galaxias de
tamaños enormes,
que resultan
completamente
distorsionadas.
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39
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40. Nuestro Universo: Quasares y agujeros negros
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40
Noviembre

41. La formación de la vida
En paralelo a evolución del Universo se fueron desarrollando
estructuras complejas, que dieron lugar a la aparición de la vida,
y más tarde a la aparición de seres inteligentes y conscientes.
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41
Noviembre

42. La formación de la vida
Hitos fundamentales
• t ≈ 5.000 millones de años: el medio interestelar es rico en
elementos pesados (en número, 90% H, 9% He, 1% otros
elementos).
• t ≈ 8.000 millones de años: explota una supernova y
enriquece y provoca el colapso de una nube de la que se
formará el Sistema Solar.
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42
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43. La formación de la vida
Restos de la supernova del año 1054
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44. La formación de la vida
• El Sol se “enciende” hace 4.600 millones de años
(t ≈ 9.100 millones de años)
• Los elementos pesados de la nube “contaminada” forman
un disco que acabará fragmentándose en los planetas que
hoy conocemos.
• En una zona templada se forma un planeta rico en metales,
Oxígeno e Hidrógeno.
• Estos elementos se combinan espontáneamente formando
cadenas cada vez más complicadas
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44
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45. La formación de la vida
• Hace ≈ 3.200 millones de años, estructuras autorreplicantes
se desarrollan en los océanos. Su metabolismo comienza a
generar desechos (CO2, O3, …).
• En los siguientes 3.000 millones de años, sucesivas
mutaciones dan lugar a seres vivos con redes neuronales
cada vez más complejas.
• Hace ≈ 200.000 años, la última mutación produce el homo
sapiens, con una red neuronal suficientemente compleja
para adquirir consciencia de su existencia.
→ La mente humana se comienza a preguntar por su
origen, su futuro y la razón de su existencia.
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45
Noviembre

46. La formación de la vida
• Durante 200.000 años el hombre ha observado el Universo
que le rodea tratando de conocerlo y comprenderlo.
• En los últimos 5.000 años ha comenzado a dominar el
entorno, desarrollando tecnología.
• En los últimos 500 años ha comenzado a comprender su
funcionamiento.
• En los últimos 70 años ha comenzado a atisbar el origen y la
estructura del Universo.
• En los últimos 10 años ha encontrado numerosos planetas en
otras estrellas (más de 150 en la actualidad).
→ En los próximos 10 años encontraremos planetas como la
Tierra y buscaremos otras vidas en ellos.
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46
Noviembre

47. A la búsqueda de otros mundos
En los próximos 15 años se lanzarán varias misiones a la
búsqueda de otros planetas como la Tierra, orbitando en
torno a estrellas como el Sol: Corot (2006), Kepler
(2008), GAIA (2012), Darwin (2018),... .
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47
Noviembre

48. Corot (2006)
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48
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49. Darwin (hacia 2018)
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49
Noviembre

50. Nuevos observatorios nos permitirán estudiar el Universo poco a poco
Semana de la Ciencia
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50
Noviembre

51. James Webb Space Telescope (2012)
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51
Noviembre

52. XEUS: el observatorio de rayos X de la próxima
generación (2017)
Semana de la Ciencia
0.5-2 Santander=5x10-19 cgs52
keV, Smin
Noviembre

53. LISA: telescopio de ondas gravitacionales (2015)
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53
Noviembre

54. … y entretanto, el ciclo de la vida continúa
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54
Noviembre