Curiositats sobre l'univers observable

L'univers observable és el tros d'univers que podem detectar i estudiar des de la Terra amb instruments científics.

❗Toca o clica les imatges per veure-les més definides

Només podem observar una regió limitada de l'univers que abasta fins a on la llum ha tingut temps d'arribar a nosaltres des del Big Bang. Seria com una esfera perfecta de 93 mil milions d'anys llum de diàmetre amb la Terra al mig. Però si la vida de l'univers és d'uns 13,8 milions d'anys, com és possible que ens hagi arribat llum més llunyana. Això es deu a l'expansió de l'espai de l'univers que a gran escala allarga les distàncies. D'això en parlarem després.

Es creu que l'univers està compost d'un 5% de matèria visible (estrelles, planetes, gas, pols, etc), un 27% de matèria fosca (una misteriosa matèria que no emet llum ni es pot detectar de forma directa, però que es relaciona amb la gravetat a gran escala) i un 68% d'energia fosca (una mena d'energia que es pensa que omple tot l'espai i s'associa a l'expansió de l'univers).

Representació de l'univers observable

Els principals objectes que hi ha a l'univers observable són els següents:

Estrelles

Les estrelles són enormes boles de gas molt calent (plasma) que emeten llum i calor gràcies a la fusió nuclear que es produeix als seus nuclis. Poden ser d'una gran varietat de mides i colors i poden agrupar-se en cúmuls a l'espai i formar constel·lacions al nostre cel terrestre. Algunes estrelles tenen planetes girant al seu voltant, com el Sol, i estan soles. D'altres estan gravitatòriament lligades entre si formant cúmuls o sistemes estel·lars de dues o més estrelles que giren al voltant d'un punt concret de l'espai. Però les distàncies respecte a nosaltres són tan grans que sovint les veient en posicions fixes al cel.

Les estrelles més massives i lluminoses tenen vides curtes, fins i tot de només uns milions d'anys. Les menys massives, com el Sol, en canvi, poden viure milers de milions d'anys. Es creu que a l'univers observable hi podria haver un quadrilió d'estrelles, un 1 seguit de 24 zeros.

Les Plèiades, un dels cúmuls estel·lars més famosos i propers a nosaltres que a més forma nebuloses de reflexió de color blau

Planetes

Els planetes són cossos celestes que orbiten al voltant d'estrelles i que reuneixen una sèrie de característiques que els fan ser catalogats com a tals. Al nostre sistema solar n'hi ha 8, inclòs el nostre. Els planetes rocosos amb superfícies sòlides són Mercuri, Venus, la Terra i Mart. Els planetes gegants gasosos són Júpiter i Saturn, i els gelats són Urà i Neptú. 

Fora del nostre sistema solar és molt difícil detectar altres planetes, anomenats exoplanetes, però els científics creuen que la majoria d'estrelles en podrien tenir orbitant al voltant seu. Amb tot, els càlculs assenyalen que és força complicat que existeixi un planeta amb les condicions adients per contenir vida. La Terra seria aleshores una anomalia estadística. De moment, s'han confirmat l'existència d'uns 8.000 exoplanetes en 3.800 sistemes estel·lars diferents, una xifra que continua creixent.

Els planetes del sistema solar a escala

Asteroides i cometes

Els asteroides són petits cossos de roca i metalls que orbiten al voltant del Sol a l'espai. Tenen formes irregulars i poden tenir des de desenes de metres fins a centenars de quilòmetres de diàmetre. La majoria d'asteroides es troben entre Mart i Júpiter, a l'anomenat cinturó d'asteroides. Alguns, en canvi, es troben en altres regions viatjant per l'espai. Se sap que en el passat alguns asteroides han impactat a la Terra.

Alguns asteroides famosos són:

- Ceres: l'asteroide més gros del cinturó d'asteroides, amb una massa d'aproximadament el 34% de la massa total del cinturó. Des del 2006 es considera en realitat un planeta nan per la seva forma quasi esfèrica. 

- Vesta: el segon asteroide més gros del cinturó d'asteroides, amb una massa equivalent al 8% de la massa total del cinturó.

- Pal·les: el tercer asteroide més gros del cinturó d'asteroides, amb una massa equivalent al 5% de la massa total del cinturó.

- Higiea: el quart asteroide més gros del cinturó d'asteroides, amb una massa equivalent al 3% de la massa total del cinturó.

- Eros: un asteroide proper a la Terra amb un diàmetre d'uns 11 quilòmetres.

- Ida: un asteroide proper a la Terra que és famós per la seva lluna, Dàctil.

- Gaspra: un asteroide proper a la Terra que va ser visitat per la sonda espacial Galileu el 1991.

- Lutècia: un asteroide proper a la Terra que va ser visitat per la sonda espacial Rosetta el 2010.

- Apophis: un asteroide proper a la Terra que té una probabilitat molt petita d'impactar-hi el 2068.

Representació dels asteroides Lutècia (el més gros), Gaspra (a la dreta) i Ida (a l'esquerra.

Pel que fa als cometes, també orbiten al voltant del Sol, però estan compostos de gel, pols i gasos. Les seves òrbites acostumen a ser molt el·líptiques i desiguals, passant en alguns moments molt a prop del Sol. Quan això passa la calor modifica l'aigua i els gasos del cometa generant una cua típica que es pot estendre al llarg de milions de quilòmetres. La majoria de cometes provenen o bé del cinturó de Kuiper o bé del núvol d'Oort.

El cometa Halley prové del núvol d'Oort i orbita al voltant del Sol cada 76 anys de mitjana

Galàxies

Les galàxies són immenses agrupacions d'estrelles, planetes, gas, pols i altres objectes celestes que estan lligats per la gravetat. Al centre hi ha un forat negre supermassiu que és el nucli gravitatori principal que origina la galàxia. N'hi ha de diferents formes, com espirals, el·líptiques, irregulars i lenticulars. 

- Les galàxies espirals són el tipus més comú de galàxia i representen aproximadament el 70% de totes les galàxies de l'univers. Tenen un disc central pla amb braços espirals que s'estenen des del centre. La nostra galàxia és d'aquesta mena.

Andròmeda, exemple de galàxia espiral

- Les galàxies el·líptiques són les més grans de les galàxies i representen aproximadament el 20% de totes les galàxies de l'univers. No tenen braços espirals i tenen una forma ovalada o el·líptica. Es formen a partir de la fusió de galàxies irregulars. La més gran coneguda és IC 1101, que compta amb un diàmetre de 2.000 milions d'anys llum, 100 milions de vegades més lluminosa que la Via Làctia.

M87, exemple de galàxia el·líptica

- Les galàxies lenticulars són un tipus intermedi entre les galàxies espirals i les el·líptiques. Tenen un nucli molt brillant i cridaner en forma de lent i un disc central pla, però no tenen braços espirals ben definits. Són només l'1% de totes les galàxies.

NGC 1387, exemple de galàxia lenticular

- Les galàxies irregulars no tenen una forma definida i no tenen braços espirals. Poden ser el resultat de la fusió de dues galàxies o d'una intensa interacció d'una galàxia petita amb una de més gran. Representen el 9% de totes les galàxies.

IC 10, exemple de galàxia irregular

Cúmuls de galàxies

Els cúmuls de galàxies són agrupacions de galàxies que estan unides per un centre de gravetat comú. Alguns cúmuls en poden contenir desenes o milers. 

Dins dels cúmuls les galàxies més grans interactuen entre si d'acord a un punt de gravetat comú que es troba a l'espai i que està determinat per les posicions i masses de les galàxies. Aquest seria el centre de gravetat o centre de masses. A vegades aquest punt es troba dins de la galàxia més massiva del cúmul. Les galàxies més petites solen estar lligades a la gravetat individual de les més grans i són arrossegades per elles alhora que les orbiten. Quan alguns cúmuls de galàxies interactuen gravitacionalment entre si els anomenem supercúmuls. 

Els supercúmuls estan lligats entre si per la gravetat i interactuen de forma complexa. Es creu que la manera com es relacionen entre si els cúmuls i els supercúmuls, té a veure amb la influència i densitat de la matèria fosca que hi ha i l'efecte gravitatori que genera. Però encara no s'entén bé el seu funcionament. Se sap, això sí, que els supercúmuls estan enganxats els uns als altres formant una teranyina anomenada xarxa còsmica, de la qual en parlarem més avall.

La Via Làctia es troba dins del Grup Local

Nebuloses

Les nebuloses són enormes núvols de pols i gas (especialment d'hidrogen i heli) que es poden comportar de forma molt diferent. N'hi ha de diverses menes:

- Nebuloses d'emissió

Brillen amb llum pròpia, ja que el seu gas és excitat i ionitzat per les estrelles més properes. Així el gas de la nebulosa pot emetre llum. Són nebuloses molt brillants, espectaculars i de formes irregulars.

Nebulosa d'Orió, exemple de nebulosa d'emissió

- Nebuloses de reflexió

No reben prou llum per generar-ne de pròpia, però sí que són capaces de reflectir la llum d'estrelles del seu voltant. Acostumen a ser blavoses, tot i que no tan brillants, cosa que fa que siguin difícils d'observar. El cúmul estel·lar de les Plèiades, vist més amunt, genera una nebulosa d'aquesta mena.

IC 2118, a més de les Plèiades, aquest és un altre exemple de nebulosa de reflexió

Val a dir que en alguns casos concrets una mateixa nebulosa pot comptar amb regions diferents d'emissió i reflexió.

- Nebuloses fosques

Són nebuloses no associades a cap estrella perquè no reben prou llum per generar llum ni per emissió ni per reflexió. A través d'un telescopi es veuran com una regió fosca que amaga tot allò que hi ha al darrere.

Nebulosa Sac de Carbó, exemple de nebulosa fosca

- Nebuloses moleculars

També són anomenades núvols moleculars i tenen la característica de ser molt denses i propicies per a la formació de noves estrelles gràcies al col·lapse gravitacional de la seva matèria.

Núvol molecular de Taure

- Nebuloses planetàries

Les nebuloses planetàries sorgeixen quan una estrella no gaire massiva (similar al Sol) està en una fase avançada d'envelliment i comença a expulsar les capes externes fins a deixar al mig una nana blanca, el cadàver de l'estrella on ja no es produeix cap fusió nuclear. Malgrat el nom, aquest fenomen no té res a veure amb els planetes. El terme nebulosa planetària va fer fortuna al segle XVIII, perquè amb els telescopis de l'època aquestes estructures s'assemblaven a petites taques circulars que es podien confondre amb planetes.

Nebulosa planetària de la Papallona amb una nana blanca al mig

- Nebuloses romanents de supernoves

Quan una estrella molt massiva esgota el seu combustible i mor, ho fa esclatant en forma de supernova, l'explosió més espectacular que pot haver-hi a l'univers. El romanent que queda d'aquesta explosió agafa forma de nebulosa. El nucli de l'estrella que queda sense cap fusió nuclear continua col·lapsant fins a formar una estrella de neutrons o un forat negre.

La nebulosa del Cranc és un romanent de supernova que ha deixat al mig un púlsar, una estrella de neutrons que gira sobre si mateixa 30 vegades per segon 

Forats negres

Els forats negres són regions de l'espai on la gravetat és tan intensa que res, ni tan sols la llum, pot escapar de la seva atracció. Això passa quan una gran quantitat de massa s'ha concentrat i comprimit en un petit punt de l'espai arribant a col·lapsar i generant una singularitat on les lleis de la física ja no són vàlides. Els misteris al voltant d'aquests objectes són molts ja que les teories actuals no poden descriure el que passa realment en aquestes regions tan extremes. Es creu que tan sols a la Via Làctia hi pot haver més de 100 milions de forats negres. D'aquests objectes n'hi ha dos tipus principals a l'univers:

- Forats negres estel·lars

Són el resultat de la mort d'una estrella molt massiva. El forat negre resultant pot tenir unes poques o desenes de vegades la massa del Sol en un punt espacial d'uns pocs quilòmetres on les lleis de la física no tenen validesa. Quan el material que cau al forat negre s'escalfa a temperatures extremadament altes, pot emetre rajos de llum, rajos X i rajos gamma. Aquests rajos s'emeten pels pols del forat negre i formen potents dolls de plasma que es poden estendre per milers d'anys llum.

Representació d'un forat negre estel·lar

- Forats negres supermassius

Es troben al centre de les galàxies i són enormes. Poden tenir des de milions fins a milers de milions de masses solars. El seu procés de formació no es coneix del tot. Són el centre gravitacional al voltant del qual gira una galàxia. 

En el cas de la Via Làctia, el seu nucli el coneixem com a Sagitari A*, un forat negre equivalent a 4 milions de masses solars. S'alimenta de la matèria que l'envolta de forma lenta en comparació a galàxies més joves. Tot i això, és prou com per produir una gran quantitat d'energia.

Estrella de neutrons

És un objecte celeste molt dens i compacte que es forma amb la mort d'una estrella molt massiva després de produir-se una supernova. Si l'estrella de neutrons no supera les dues masses solars i queda amb un camp magnètic molt intens, aleshores començarà a girar a gran velocitat emetent polsos regulars de radiació com si fossin espurnejos. A aquesta estrella de neutrons li diem púlsar. El PSR J1748-2446ad és el púlsar conegut que gira més ràpid, 716 vegades per segon. Es troba uns 18.000 anys llum de nosaltres, a la constel·lació de Sagitari.

Representació d'un púlsar 

Si la massa de l'estrella de neutrons supera les 2 masses solars, continuarà acumulant material i col·lapsarà encara més fins a quedar comprimida en un sol punt de densitat infinita: un forat negre. 

Quàsars

Els quàsars són forats negres supermassius situats al centre de galàxies joves i, per tant, extremadament lluny de nosaltres, pràcticament a la vora de l'univers observable. En comparació amb altres nuclis galàctics, aquests forats negres tenen una activitat molt intensa empassant-se matèria a tort i a dret i provocant tremendes explosions que donen lloc a una lluminositat descomunal, milers de milions de vegades la del Sol. L'energia l'alliberen en forma d'ones de ràdio, llum visible, rajos X i rajos gamma. Poden brillar més que una galàxia sencera, cosa que els fa els objectes més lluminosos de l'univers. 

La seva voracitat té a veure amb l'enorme quantitat de gas i pols que hi havia a l'univers en la seva època primerenca. Avui dia es coneixen més de 200.000 quàsars. Galàxies més antigues com la nostra han tingut en el passat un quàsar al seu nucli que amb el temps s'ha apaivagat. Quan el quàsar deixa de tenir al seu abast tremendes quantitats de matèria, la seva gana disminueix dràsticament i genera una galàxia normal.

Representació d'un quàsar 

L'expansió de l'univers

En 1929 Edwin Hubble va descobrir que les galàxies més distants s'allunyaven de nosaltres a una velocitat més gran que les galàxies més properes. Aquesta expansió de l'espai de l'univers es pensa que es deu a l'energia fosca, que representa el 68% del contingut de l'univers. Aquesta expansió es fa evident a gran escala, ja que a petita escala la gravetat que generen els cúmuls de galàxies és més forta i pot contrarestar l'expansió, cosa que fa que les galàxies es mantinguin en el seu lloc interactuant entre si dins d'un cúmul. Això no significa que l'espai que ocupa un cúmul no s'estigui expandint, sinó que ho fa sense alterar la posició de les seves galàxies. Ara bé, quan parlem de cúmuls allunyats entre si, aleshores l'expansió fa que s'allunyin els uns dels altres. 

L'espai-temps de l'univers s'expandeix

Com actua la gravetat?

La gravetat és la força que atrau els objectes amb massa entre si. Podem experimentar la gravetat cada dia a la Terra. La gravetat manté els objectes enganxats a la superfície del planeta i manté la Terra en òrbita al voltant del Sol.

La gravetat és en realitat una força molt feble, però és molt efectiva a grans distàncies. Això és perquè la gravetat és una força d'atracció. Com més gran és la massa d'un objecte, més forta és l'atracció gravitacional que genera. La gravetat és responsable de la formació de les estrelles, els planetes i les galàxies. També és responsable de l'evolució de l'univers i del fet que les galàxies es fusionin entre elles.

El centre de gravetat d'una galàxia, també anomenat centre de masses, correspon a la seva part central, al bulb galàctic que conté el forat negre supermassiu que fa de nucli, al voltant del qual gira tota la matèria galàctica.

El centre de masses d'un cúmul de galàxies és una regió on tota la massa del cúmul s'equilibra. Acostuma a contenir una gran quantitat de gas i pols i concentra molta matèria fosca. En el cas del Grup Local, on es troba la Via Làctia, es creu que el centre de masses es troba en algun punt entre aquesta i la galàxia Andròmeda. Però sovint el centre de masses d'un cúmul està situat dins d'una de les seves galàxies més massives. Això passa, per exemple, al cúmul de la Verge, que té el seu centre de masses a la galàxia M87. Aquesta galàxia té uns 120.000 anys llum de diàmetre i 100 mil milions d'estrelles. Tot i que no és gaire més gran que la Via Làctia, és 4 vegades més massiva.

Què és la xarxa còsmica?

La xarxa còsmica és una estructura a gran escala, com un mapa o radiografia de l'univers. Està formada per una xarxa de filaments, nodes i buits. Els filaments estan formats per galàxies, gas i pols, i els nodes, que són més densos, estan formats per una gran acumulació d'aquesta matèria, on es troben els cúmuls galàctics més massius. Els nodes són cruïlles entre filaments que per causa de la gravetat apleguen més matèria. Els buits, en canvi, són regions de l'espai que contenen escassa activitat, cosa que fa que tinguin una densitat molt baixa. La xarxa còsmica controla la distribució de matèria a l'univers.

Simulació de la xarxa còsmica

La xarxa còsmica es va formar per la gravetat. La matèria més densa de l'univers, com les galàxies i els cúmuls de galàxies, atrau la matèria menys densa, com ara el gas i la pols. Això crea una xarxa de matèria que dona forma al nostre univers com si fos una teranyina, on la matèria fosca actua com una mena d'adhesiu que enganxa la matèria visible al teixit de l'espai-temps.

Aquesta xarxa és una estructura en constant evolució. Les galàxies es mouen a través d'ella i formen cúmuls i supercúmuls. La xarxa còsmica també evoluciona a mesura que l'univers s'expandeix. Els filaments s'allarguen i s'aprimen i els buits es fan més grans.

Descobreix molt més al temari principal!

FONTS

Veus una errada? Fes-m'ho saber!

EL GAT SABERUT