Con la ayuda de telescopios nos dejamos cautivar por la inmensidad de planetas como Júpiter, con un tamaño diez veces mayor al de la Tierra. Júpiter a su vez parece pequeño al lado de nuestro astro central, que es diez veces más grande que este colosal planeta.
Alguna vez te has preguntado: ¿qué hay más allá de nuestro sistema solar?
Aquí comienza nuestro viaje a través del universo. En esta guía compacta, te compartirmos los principios básicos del cosmos — en cada sección tienes la opción de profundizar en los temas que más te interesen.
Tabla de contenidos
¿Qué es el universo?
El universo es todo lo que existe física y temporalmente: el espacio, la materia y energía, y el propio tiempo. El cosmos no solo incluye planetas, estrellas, galaxias y nebulosas. Abarca desde las partículas más pequeñas hasta las estructuras galácticas más grandes y distantes. Incluye lo que podemos medir así como sustancias y fuerzas que aún no comprendemos completamente.
Esto significa que el universo es el conjunto de todo lo real: los cuerpos celestes como la Tierra y la Luna, los sistemas estelares enteros, billones de galaxias, y también el espacio, con partículas y radiación. Más allá de eso, el universo incluye el tiempo, porque en la cosmología moderna el tiempo y el espacio están estrechamente ligados en una entidad llamada espacio-tiempo.
Ve mas allá
Luz del cosmos: cómo vemos y entendemos nuestro universo
Los científicos creen que el universo comenzó con un evento llamado Big Bang hace aproximadamente 13 800 millones de años y desde entonces se continua expandiendo. Aunque hemos aprendido sobre su composición y su evolución, gran parte del universo —como la materia oscura y la energía oscura— sigue siendo un misterio para la ciencia moderna1,2.
¿Dónde estamos parados? La Tierra y nuestro lugar en el universo
Si nos alejáramos de la Tierra con una nave espacial para ganar una mejor perspectiva de dónde estamos, pasando por Neptuno, el Cinturón de Kuiper y la Heliósfera, entraríamos al espacio interestelar. De ahí, seguiríamos unas 20.000 Unidades Astronómicas (UA) para adentrarnos en la Nube de Oort y así poder ver nuestro Sistema Planetario en su totalidad.
Pero eso solo sería el principio: Si desde ahí quisiéramos tener una panorámica total de nuestro lugar en la galaxia, nos esperaría un viaje larguito. Programaríamos nuestra nave para que viajar hacia el sur galáctico. Pasaríamos el cúmulo globular Omega Centauri y después el halo exterior de la Vía Láctea. Después de haber convivido unos 300.000 años luz de distancia llegaríamos a nuestro destino, ese mirador tan especial al que nigún humano ha llegado. Veríamos entonces un firmamento complétamente distinto, un retrato de nuestra galaxia. El momento perfecto para tomar una imagen total:
Explora nuestra galaxia
Vía Láctea: nuestro hogar galáctico
Al centro de la Vía Láctea veríamos un poderoso brillo que nos indica la presencia de Sagitario A*, un agujero negro supermasivo y nuestro centro galáctico. Aproximadamente a 8.2 kilopársecs, en uno el brazo espiral de Orión, en las orillas de la Vía Láctea y al lado de cientos de miles de millones de estrellas que conforman nuestra galaxia, ubicaríamos nuestro Sol. Considerando estas dimensiones, nuestro sistema solar pareciera perderse en un vasto océano de estrellas y sistemas planetarios.
Naranja: brazo de Orión.
Rojo: brazo de Sagitario.
Verde menta: brazo de Perseo. Gráfica: Adaptación Vaso Cósmico basado en Milky_Way_Arms.svg (Rursus/Andys), Wikimedia Commons.
Y apenas estaríamos comenzando nuestro viaje, ya que el universo observable abarca aproximádamente 93 mil millones de años luz de diámetro.
¿De qué está hecho el universo?
El universo está compuesto por tres ingredientes fundamentales: materia ordinaria, materia oscura y energía oscura. La materia ordinaria es todo aquello que podemos ver y detectar: átomos que forman estrellas, planetas, galaxias y seres vivos. Sin embargo, esta materia representa solo una pequeña fracción del universo, aproximadamente un 5 % de todo lo que existe.
La mayor parte del cosmos está dominada por componentes que no podemos observar directamente con telescopios convencionales. La materia oscura constituye alrededor de un 25 al 27 % del universo. No emite, absorbe ni refleja luz, pero su presencia se infiere a partir de sus efectos gravitacionales sobre estrellas y galaxias.
Finalmente, la energía oscura es un componente aún más misterioso que representa cerca de 68 al 70 % del universo. Esta forma de energía invisible parece ser responsable de la aceleración de la expansión del espacio mismo. Aunque no entendemos su naturaleza, su influencia domina el cosmos a gran escala3,4.
Entonces, lo que podemos ver directamente es solo una pequeña parte del total mientras que la mayor parte del universo está compuesto por sustancias que todavía desafían nuestra comprensión.
Materia Oscura: el andamiaje invisible del cosmos
Vera C. Rubin supuso que la búsqueda de la materia oscura probablemente “dominaría la astronomía durante las próximas décadas”. Y es que la sustancia es considerada uno de los misterios más grandes del universo. Su nombre le precede, ya que tanto el origen y las propiedades de esta materia se mantienen en la oscuridad — pese a décadas de estudios, su naturaleza sigue siendo un enigma.
¿Qué es la materia oscura y qué sabemos realmente sobre ella? Es una sustancia que no emite ni absorbe luz directamente, por lo tanto, es invisible para nuestros telescopios. Sin embargo, su interacción con planetas, estrellas y galaxias delata su existencia. Otro suceso que la revela es la peculiar curvatura que toma la luz al atravesar objetos lejanos en el espacio. Hoy se sabe que esta sustancia compone alrededor del 85% de toda la materia en nuestro universo
“Tenemos una gran cantidad de observaciones indirectas de sus efectos a escalas galácticas”, explica Alexander Keesling.
Las primeras conjeturas de su existencia surgieron en el siglo XX: astrónomos como Knut Lundmark y Fritz Zwicky notaron que las galaxias contenían más masa de la que emitían en luz. En 1933, Zwicky observó que el cúmulo de Coma tenía velocidades tan altas que las Galaxias en su interior no podrían mantenerse solo con la masa visible, proponiendo así la idea de una “materia oscura” que estabilizaba los cúmulos.
Esta presunción se consolidó en los años 70, cuando Vera C. Rubin estudió la rotación de las galaxias espirales y encontró que las estrellas en sus periferias se movían tan rápido como las internas, algo imposible de explicar solo con la materia visible. El descubrimiento de Rubin fue de tal magnitud que reveló la existencia de un “halo oscuro” que domina la masa galáctica, lo cual cambiaría para siempre nuestra comprensión del cosmos.
¿Qué es, entonces, la materia oscura? La investigación sobre esta enigmática sustancia continua hasta la actualidad: Las propuestas van desde partículas masivas débilmente interactuantes, axiones ultraligeros, neutrinos estériles, hasta agujeros negros primordiales.
Explora el misterio
Materia oscura: la componente que da forma al universo
Con el Observatorio Vera C. Rubin, en el cual también participan astrofísicos chilenos y mexicanos, se esperan datos sin precedentes sobre la distribución de esta sustancia en el universo. La materia oscura es evidencia empírica sólida y a la vez un misterio abierto que sigue dictando el ritmo a las galaxias y formando el universo.
“Entendemos tan poco, que hasta la fecha no hemos podido aislar, contener o incluso observar directamente alguna partícula de materia oscura”, explica Alex Keesling.
La búsqueda por la misteriosa sustancia se lleva a cabo con telescopios, colisionadores, detectores subterráneos y mediante pruebas cosmológicas.
La Energía Oscura y el universo en expansión
El universo se expande, no tranquilamente, ¡sino de manera acelerada!
Esto va de la mano con la energía oscura, ya que, a pesar de que no sabemos qué es exáctamente, si sabemos que es la responsable de la expansión acelerada del cosmos. Para esto, hay que regresar un poco: durante el universo temprano
“la materia y la luz estaban tan estrechamente ligadas que producían ondas acústicas en este plasma primordial, como un gigantesco ‘sonido’ cósmico”, explica Francisco X. Linares.
Las ondas primordiales influyeron en la forma en que la materia se distribuye en el cosmos y dejaron una huella de ondas que permanece y se refleja en la manera en la que las galaxias se organizan.
Lo que hoy sabemos, es conocimiento reciente. Desde principios del siglo pasado, nuestro entendimiento del universo ha avanzado a pasos abismales gracias a la combinación de teoría y observación. En 1917 Albert Einstein introdujo la Constante Cosmológica Λ para “estabilizar” un universo estático conforme a la visión de ese tiempo. Una década después, Edwin Hubble reveló que el universo se expande y con ello descartó el cosmos inmutable de Einstein.
A finales de los años 90, los astrónomos descubrieron que el universo no solo se expande sino que lo hace de manera acelerada. Este descubrimiento fue fundamentado por observaciones de estrellas gigantescas que, al explotar, emiten un brillo que permite medir distancias en el universo: las Supernovas Tipo Ia nos permiten ver mucho más lejos, por lo que actúan como “faros cósmicos”.
Muchas décadas después, los científicos reinterpretaron la Constante Cosmológica Λ como una forma de energía del vacío, responsable de esta aceleración. Se denominó “energía oscura”, refiriéndose a su naturaleza desconocida pero fundamental para la dinámica cósmica. En 2011 la “expansión acelerada del Universo mediante observaciones de supernovas distantes” fue merecedora del Premio Nobel de Física.
Explora a fondo
Energía Oscura: la fuente de expansión del universo
Estudios recientes proponen que la energía oscura podría evolucionar con el tiempo y así desafiar paradigmas establecidos en la cosmología, mientras abre la posibilidad de descubrimientos aún más profundos sobre la estructura del cosmos. La energía oscura compone aproximadamente el 70% del universo y sigue siendo un enigma cosmológico. Aunque invisible y no detectada directamente, su influencia se observa en la aceleración de la expansión cósmica.
La Gravedad: la fuerza que moldea el cosmos
La gravedad es una de las fuerzas fundamentales del universo y ha sido clave en la formación de la Tierra, los planetas y las galaxias. Desde un aguacate que cae al suelo hasta nuestra percepción del tiempo: la gravedad nos acompaña en todo momento.
En el siglo XVII, Galileo Galilei demostró que todos los objetos caen a la misma velocidad independientemente de su masa. Más adelante, Isaac Newton y Albert Einstein desarrollarían estos conceptos: Newton expuso las leyes de movimiento, formuló la Ley de Gravitación Universal y estableció que la gravedad es una fuerza que atrae los cuerpos hacia el centro de la Tierra. Más adelante Einstein revolucionó nuestra comprensión al presentar la Teoría de la Relatividad General, donde describe la gravedad no solo como una fuerza, sino como una curvatura del espacio-tiempo. Esto implica que los objetos en caída libre no siguen trayectorias rectas, sino que son influenciados por la deformación del espacio alrededor de ellos.
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Gravedad: la fuerza que curva el espacio y distorsiona el tiempo
Por si fuera poco, propuso que la gravedad también tiene repercusiones sobre una unidad importantísima para todo ser vivo: el tiempo transcurre más lento cuando estamos más cerca de un cuerpo que produce gravedad. Pare que esto suceda, el cuerpo tiene que ser lo suficientemente grande y masivo, como un planeta por ejemplo. Conforme nos alejamos de este cuerpo, el tiempo se acelera o pasa más rápido. Los avances en la comprensión de estas dinámicas no solo expanden nuestro conocimiento del cosmos sino que también tienen aplicaciones prácticas. A través de estos descubrimientos, la gravedad deja de ser únicamente un concepto físico para convertirse en un elemento fundamental que moldea nuestra realidad y la estructura del universo.
Agujeros Negros: dominios de gravedad extrema
Los agujeros negros, con su gravedad extrema, son uno de los protagonistas de la astrofísica moderna. La imaginación de un gran numero de autoras y autores de Sci-Fi ha aportado de forma considerable a la popularidad de estos objetos. Aunque se predijeron teóricamente hace un siglo, apenas hace unos años se logró demostrar su existencia, lo que permite explorar qué son los agujeros negros y cómo funcionan.
La detección de ondas gravitacionales en 2015 por LIGO evidenció fusiones de agujeros negros, confirmando su existencia y contribuyendo a nuestro entendimiento de la relatividad. Cuatro años después, el Telescopio Horizonte de Eventos logró tomar la primera imagen de un agujero negro. Este avance técnico le dio visibilidad a un fenómeno que hasta ese año únicamente existía de forma teórica en los modelos, cálculos y mediciones de astrofísicos.
Un agujero negro es una región del espacio-tiempo con tal gravedad que ni siquiera la luz puede escapar. Definidos por masa, espín y carga, estos objetos generan un horizonte de eventos, el punto de no retorno que define su límite.
Existen diversos tipos de agujeros negros: los supermasivos en centros galácticos, los primordiales formados tras el Big Bang, y los de masa intermedia. La formación típica de estos objetos ocurre al final de la vida de una estrella masiva, cuando su núcleo colapsa.
Cuando a las estrellas se les agota el combustible nuclear en su interior, las presiones internas ya no pueden sostener el peso de toda la masa que contiene la estrella y esta comienza a colapsar por su propio peso, explica Francisco X. Linares.
Descubre qué ocurre dentro
Agujeros Negros: pozos de gravedad infinita
La gravedad de los agujeros negros supermasivos es tan extrema y el espín de tal magnitud, que arrastran consigo al espacio-tiempo a su alrededor: su masa es tan grande, que estos objetos se encuentran en los núcleos de la mayoría de las galaxias. Es el caso de nuestra Vía Láctea, que en su centro tiene un agujero negro de más de 4 millones de masas solares. Reinhard Genzel y Andrea Ghez recibieron el Premio Nobel de Física en 2020, por observar que las órbitas estelares alrededor de la región céntrica llamada Sagitario A*, indican la presencia de un objeto compacto supermasivo invisible.
Sistema Solar: nuestro vecindario cósmico
La transición del modelo geocéntrico al heliocéntrico, promovido por Copérnico y validado por observaciones de Galileo y las leyes de Newton, revolucionó nuestro entendimiento del universo. Hoy sabemos que los planetas orbitan alrededor del Sol debido a su enorme gravedad, que mantiene anclados a todos los cuerpos celestes a pesar de las vastas distancias que los separan — eso nos permite saber cómo se organiza el sistema solar y sus planetas.
El sistema solar no es solo un conjunto de objetivos físicos sino que también es un sistema de interacciones. La masa del Sol, que representa el 99.85% del total, domina esta configuración gravitacional. El sistema solar está compuesto por el Sol, ocho planetas, cinco planetas enanos y diversos cuerpos menores como asteroides y cometas. Desde Mercurio, el planeta más cercano al Sol hasta los confines helados más allá de Plutón, diversas misiones espaciales nos han permitido desentrañar parte de sus secretos.
A lo largo de los años, el estudio del sistema solar ha progresado gracias a las observaciones de meteoritos, el uso de telescopios avanzados y sondas espaciales. Estas investigaciones continúan revelando la vastedad y complejidad de nuestro vecindario cósmico, confirmando que aún hay mucho por descubrir sobre nuestro lugar en el universo.
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