Estructura del Universo: ¿Cómo es?, su Origen, Elementos y Más

El universo se encuentra estructurado de muchos elementos, galaxias, planetas, sistemas, satélites, entre otras cosas, la cual se encuentran organizadas en diversas escalas. En el siguiente artículo conoceremos más acerca de la Estructura del Universo y todo sobre ella.

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La Estructura del Universo

El universo contiene las estructuras organizadas en diferentes escalas, desde los pequeños sistemas como la Tierra y nuestro sistema solar, hasta las galaxias que contienen grandes cantidades de billones de estrellas, y finalmente las estructuras que son extremadamente grandes que contienen miles de millones de galaxias. El cómo y el por qué se formaron estas tipos de estructuras organizadas y cómo se influyen entre sí es un reflector importante de la astrofísica moderna.

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¿Qué es?

La estructura a gran escala del Universo se encuentra formada por los huecos y los filamentos, que pueden llegar a descomponerse en los supercúmulos, las agrupaciones, los grupos de galaxias y, posteriormente, en las galaxias. En una escala relativamente más pequeña, se puede saber que las galaxias se encuentran formadas por las estrellas y sus componentes, nuestro Sistema Solar es una de ellas.

El Universo se encuentra formado por las estructuras desde las más simples que son las estrellas, los planetas hasta también las enormes galaxias. El universo contiene todo lo que existe. La mayor parte se encuentra vacío. Todos los cuerpos que se encuentran en el universo se tienden a mover debido a la gravedad es decir a la fuerza de atracción de los cuerpos sobre otros en pocas palabras de los que son más grandes que son los que atraen a los más pequeños que están cercanos a ellos. Cundo hablamos de cuerpo celeste es igual a cuerpo del cielo.

Sin embargo existen algunas galaxias que se encuentran alejadas por su soledad, la mayoría de estas están agrupadas en los grupos y en la agrupaciones. Los grupos son más pequeños, por lo general con menos de 50 galaxias y pueden llegar a tener diámetros de hasta 6 millones de años luz. De hecho, el grupo al que pertenece nuestra Vía Láctea se encuentra formado por poco más de 40 galaxias.

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En términos generales, los llamados cúmulos son grupos de 50 a 1.000 galaxias que pueden llegar a tener diámetros de hasta 2 o 10 megaparsecs. Una propiedad muy peculiar de los cúmulos es que se supone que las velocidades de sus galaxias son demasiado altas para que solo la gravedad las tenga que mantener agrupadas y, sin embargo, lo son.

La idea de que la materia oscura existe empieza en esta escala de estructura. Se cree que la materia oscura es la que proporciona la fuerza gravitatoria que mantiene a todos estos agrupados.

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Existe un gran número de grupos, de los grupos individuales y también de las galaxias, las cuales pueden llegar a unirse para formar de esa manera la siguiente estructura que sea más grande, los cuales se trata de los llamados superclusters. Los superclusters se encuentran están entre las estructuras que son más grandes y también han sido los que jamás han podido ser descubiertas en el universo.

La estructura más grande que se puede llegar a identificar es la Gran Muralla de Sloan, se trata de una vasta lámina de galaxias que tiende a abarcar una longitud de 500 millones de años luz, con una anchura de 200 millones de años luz y un espesor de tan solo 15 millones de años luz.

Debido a las grandes limitaciones en los dispositivos de medición que existen en la actualidad, hay un nivel máximo al que se puede reducir. En dicho nivel, se puede observar un universo que se encuentra estructurado principalmente de 2 componentes. Existen unas estructuras que son parecidas a los hilos, los cuales son conocidas como los filamentos, y que estos se encuentran conformadas por las galaxias, por los grupos, por las agrupaciones y también por los supercúmulos aislados.

También existen unas vastas burbujas que se encuentran vacías en el espacio las cuales son denominadas vacíos. ( ver artículo: Evolución del Universo ).

Origen y Estructura del Universo

La cosmología moderna, se encarga del estudio del universo en su conjunto, su origen, evolución y estructura, se encuentra experimentando una revolución científica. Los nuevos telescopios terrestres y los espaciales ahora pueden llegar a observar todas las galaxias brillantes en el universo y pueden llegar a observar en el tiempo las épocas oscuras cósmicas antes de que se formen las llamadas galaxias. También es posible leer la historia del universo primitivo en las ondas de la radiación de calor que aún llegan del Big Bang.

Ahora se sabe que todo lo que podemos ver representa solo la mitad del porcentaje de lo que se encuentra allí, y que la mayor parte del universo está hecho de cosas invisibles que son llamadas ” materia oscura ” y también ” energía oscura “. La teoría de la materia oscura fría que esta basada en esto parece ser capaz de explicar todas las características principales del universo observable, incluyendo la radiación de calor y la distribución a gran escala de las galaxias.

Por supuesto, hay posibles problemas, por ejemplo, algunos detalles de la estructura de las galaxias pueden no estar de acuerdo con la teoría, y todavía no sabemos qué sucedió antes del Big Bang. Sin embargo, la cosmología moderna está desarrollando la primera historia de la humanidad sobre el origen y la naturaleza del universo que podría ser verdadera, lo que significa que seguirá siendo cierta en el futuro lejano, aunque sin duda el conocimiento nuevo se expandirá más allá de nuestra comprensión actual.

¿Como es la Estructura del Universo?

Los estudios realizados del cielo y los mapas de las distintas bandas de longitud de las onda de la radiación electromagnética en particular la emisión de 21 cm han proporcionado abundante información sobre el contenido y el carácter de la estructura del universo. La organización de la estructura parece seguir una especie de modelo jerárquico con la organización hasta la escala de superclusters y los filamentos. Más grande que esto a escalas entre los 30 y los 200 megaparsecs, parece que no existe una estructura continua, un fenómeno que se ha denominado Fin de la Grandeza.

Filamentos, Nodos y Huecos

La organización de la estructura se podría llegar a decir que empieza en el nivel estelar, sin embargo la mayoría de los cosmólogos rara vez suelen abordar la ciencia de la astrofísica en dicha escala. Las estrellas son organizado en las galaxias, que a su vez tienden a formar:

• Grupos de Galaxias

Cúmulos de Galaxias

• Supercúmulos

• Láminas

• Paredes

• Filamentos

Que se encuentran por separados por los inmensos huecos, creando una especie de vasta estructura parecida a la espuma a veces esta es denominada ” red cósmica “. Antes del año 1989, se asumía comúnmente que virializaba. Los cúmulos de las galaxias eran las estructuras más grandes en la existencia del universo, y se encontraban distribuidas de manera más o menos uniforme en todo el universo y en todas las direcciones.

Sin embargo, desde los principios de la década del año 1980, se han ido descubriendo más y más estructuras. En el año 1983, un hombre llamado Adrian Webster identificó el Webster LQG, un gran grupo de quásares formado por unos 5 cuásares. El descubrimiento fue la 1ra identificación de una estructura a gran escala y ha llegado a ampliar la información sobre la agrupación conocida de materia en el universo. En el año 1987, otro hombre llamado Robert Brent Tully identificó el Complejo Supercluster de Piscis – Cetus, que se trata del filamento de la galaxia en el que reside la Vía Láctea.

Posee alrededor de unos 1.000 millones de años luz de diámetro. Ese mismo año, se llegó a descubrir una región inusualmente de tamaño grande sin galaxias, el vacío gigante, que tiende a medir 1.3 mil millones de años luz de diámetro. Sobre la base de datos de las encuestas del desplazamiento al rojo, en el año 1989, 2 personas llamadas Margaret Geller y John Huchra fueron los que descubrieron la ” Gran Muralla “, una hoja de galaxias de más de 500 millones de años luz de largo y 200 millones de años luz de ancho, pero con tan solo unos 15 millones de años luz grueso.

La existencia de esta estructura no fue muy notada durante tanto tiempo porque requiere ubicar la posición de las galaxias en unas 3 dimensiones, lo que implica el combinar la información de la ubicación sobre las galaxias con la información sobre la distancia de los desplazamientos al rojo.

Casi 2 año después, los astrónomos conocidos llamados Roger G. Clowes y Luis E. Campusano descubrieron el Clowes – Campusano LQG, el cual consiste en un gran grupo de quasar que suele medir unos 2.000 millones de años luz en su punto más ancho, por lo que era la estructura más grande y conocida en el universo en el momento de su anuncio.

En el mes de abril del año 2003, se descubrió otro tipo de estructura a gran escala, la Gran Muralla de Sloan. En el mes de agosto del año 2007, se detectó un posible super ovoide en la constelación llamada Eridanus. Este coincide con el ‘ punto frío de CMB ‘, que se trata de una región fría en el cielo de una especie de microondas que es altamente improbable bajo el modelo cosmológico actualmente favorecido.

Este denominado super ovoide podría llegar a causar el punto frío, pero para hacerlo tendría que ser improbablemente de tamaño más grande, posiblemente 1 billón de años luz, casi tan grande como el Vacío Gigante que mencionado anteriormente.

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En el año 2011, se descubrió un gran grupo de quásares, llamados U1.11, que tiende a medir unos 2.500 millones de años luz de diámetro. El 11 de enero del año 2013, se llego a descubrir otro gran grupo de quásares, denominados el Huge – LQG, que se llego a medir en unos 4.000 millones de años luz, la estructura más grande conocida en el universo en ese momento. En el mes de noviembre del año 2013, los astrónomos descubrieron la denominada Gran Muralla de Hércules – Corona Boreal, que se trata de una estructura aún más grande es decir el doble. Fue definido por el mapeo de ráfagas de rayos gamma.

Estructura del Universo Según Galileo Galilei

El famoso hombre llamado Galileo Galilei, el cual fue un gran científico italiano del siglo XVII, fue el primero en llegar a utilizar un telescopio. Este hombre hizo muchos descubrimientos astronómicos que fueron muy importantes, como los satélites naturales en ciertas ocasiones son llamados lunas del planeta Júpiter y las fases del planeta Venus, que son parecidas a la luna de la Tierra.

Como resultado de sus nuevas y audaces declaraciones científicas, en ese entonces la iglesia romana procedió y acusó a Galileo de ser un hereje es decir un cristiano que no se estaba de acuerdo con las declaraciones tradicionales de la iglesia. Fue condenado a cadena perpetua porque se negó a retirar de manera públicamente su apoyo al modelo heliocéntrico del sistema solar propuesto por Copérnico.

Estructura más Grande del Universo

Las estructuras que son más grandes del Universo son los llamados supercúmulos y los filamentos, ya que estos son grandes asociaciones de galaxias que pueden llegar a extenderse en distancias de más de 100 millones de años luz.

A medida que la materia se va colapsando en las estructuras debido a la atracción gravitatoria, estas tiende a formar las estructuras lineales que son denominadas filamentos que se entrecruzan para de esa manera formar la red cósmica. Cuando estos filamentos se cruzan entre sí, se forman los cúmulos y también los supercúmulos de las galaxias todo dependiendo de la escala de los filamentos.

Una de las estructuras más grandes que es muy conocidas en el Universo es la llamada Gran Muralla de Sloan. Esta es una estructura filamentosa de galaxias que se tienden a extender a lo largo de más de 1.000 millones de años luz. Los expertos astrónomos han descubierto la estructura más grande y conocida en el universo, un grupo de núcleos galácticos que se encuentran activos y que se extienden a 4.000 millones de años luz de punta a punta.

La estructura es un gran grupo de los llamados quasar ( LQG ), una colección de núcleos galácticos que son extremadamente muy luminosos se encuentran alimentados por los agujero negro centrales supermasivos. Este grupo en particular es tan grande que desafía la teoría cosmológica moderna, esto fue dicho por algunos de los investigadores en la materia.

También hicieron referencia en cuanto a ” Si bien es difícil de comprender la escala de este LQG, ya que podemos decir que definitivamente es la estructura más grande que se haya visualizado en todo el universo “, expresado en una declaración por el autor principal Roger Clowes, de la University of Central Lancashire ubicada en Inglaterra. ” Esto es enormemente emocionante, sobre todo porque va en contra de nuestra comprensión actual de la escala del universo “.

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Los quásares son los objetos más brillantes del universo. Durante muchas décadas, los astrónomos han sabido que estos tienden a reunirse en grandes grupos, algunos de los cuales poseen más de 600 millones de años luz de ancho.

Pero el grupo de quásares que rompió el récords, fue que Clowes y su equipo descubrieron en los datos recopilados por Sloan Digital Sky Survey, se encuentra en otra escala por completo. El recién descubierto LQC está compuesto por alrededor de unos 73 cuásares y abarca aproximadamente unos 1.600 millones de años luz en la mayoría de las direcciones, sin embargo tiene 4.000 millones de años luz en su punto más ancho. (ver artículo: Expansión del Universo).

Para poner en perspectiva ese tamaño tan grande, el disco de la galaxia de la Vía Láctea, el hogar del sistema solar de la Tierra, posee aproximadamente unos 100.000 años luz de ancho. Y la Vía Láctea se encuentra separada de su vecino galáctico más cercano, Andrómeda, en aproximadamente 2,5 millones de años luz.

El recién descubierto LQC es tan enorme, de hecho, que la teoría predice que este no debería ni de existir, es lo que algunos investigadores expresaron. El grupo del quasar parece violar una suposición que es ampliamente aceptada y conocida como el principio cosmológico, que sostiene que el universo es esencialmente de forma homogéneo cuando se lo ve a una escala suficientemente grande. Según los investigadores, los cálculos tienden a sugerir que no deberían existir estructuras de más de aproximadamente 1,2 mil millones de años luz.

Elementos del Universo

Durante de lo que fue el proceso de expansión y de enfriamiento del universo llegaron a aparecer muchas clases de cuerpos celestes como por ejemplo:

• Las Estrellas

• Las Galaxias

• Las Nebulosas

• Los Agujeros Negros

• Los Cuásares

• Los Planetas

• Los Satélites o Lunas.

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El universo se encuentra conformado por un sin fin de diversos cuerpos, algunos de ellos los cuales nos resultan en la actualidad muy conocidos y, aparentemente, tampoco son muy cercanos, como es el caso de los planetas y de los satélites, también es el mismo caso de los meteoros y de los asteroides.

En el transcurso de la historia, los expertos astrónomos se han dedicado o especializado al estudio de la composición del universo y de como es su funcionamiento, no obstante aún hace falta mucho por llegar a descubrir pero por lo menos ya se tienen algunos conocimientos de los mismos.

En la actualidad los grandes avances de los científicos astrónomos, y con la ayuda de los instrumentos utilizados como por ejemplo los telescopios, estos les permiten saber a ellos que en el universo se ubican muchos tipos de elementos como los que mencionaremos a continuación:

Las estrellas

• Cúmulos de estrellas

• Las constelaciones

Por lo tanto, la composición de la mayor parte del universo se encuentra lejos de ser entendida. Sin embargo, las mediciones espectrales de las estrellas, las nubes de polvo y de las galaxias nos indican la composición elemental de la porción que consiste de materia normal. Esta es una tabla de los elementos en la Vía Láctea, que es muy parecida en cuanto a la composición a otras galaxias en el universo. Se debe de tener en cuenta que los elementos representan la materia como la entendemos. Algunos de los Elementos que componen el universo son:

Elemento                                      Número de elemento                                   Fracción de Masa (ppm)

Hidrógeno                                                   1                                                                 739,000

Helio                                                           2                                                                 240,000

Oxígeno                                                      8                                                                 10,400

Carbón                                                        6                                                                  4.600

Neón                                                          10                                                                 1.340

Hierro                                                        26                                                                 1,090

Nitrógeno                                                   7                                                                  960

Silicio                                                        14                                                                 650

Magnesio                                                   12                                                                 580

Azufre                                                       16                                                                  440

Elemento más Abundante

Actualmente, el elemento que es más abundante en el universo es el hidrógeno. En las estrellas, el hidrógeno se tienden a fusionar con el helio. Finalmente, las estrellas son más masivas con un alrededor de 8 veces más masivas que nuestro Sol tienden a correr por medio de su suministro de hidrógeno.

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Posteriormente, el núcleo del helio se suele contraer, suministrando de tal manera suficiente presión para fusionar 2 núcleos de helio en el carbono. El carbono se llega a fusionar en el oxígeno, que se fusiona en silicio y azufre. La estrella se llegan a quedar sin combustible y se convierte en lo que llaman los científicos una supernova, liberando estos elementos al espacio. Por lo tanto, si el helio se tiende a fusionar con el carbono, es posible que se pregunte por qué el oxígeno es el 3er elemento más abundante y no el mismo carbono.

La respuesta a esa pregunta es porque las estrellas en el universo en la actualidad no son estrellas de lo que llaman 1ra generación, cuando se forman las nuevas estrellas, ya contienen más que solo hidrógeno. En esta circunstancia, las estrellas fusionan el hidrógeno según lo que se conoce como el ciclo CNO donde C es el carbono, N es el nitrógeno y O es el oxígeno.

Un carbono y helio pueden llegar a fusionarse para formar el llamado oxígeno. Esto sucede no solo en estrellas que son masivas, sino que también ocurre en las estrellas como el Sol una vez que entra en su fase denominal gigante roja. El carbono realmente procede detrás cuando se produce una estrella supernova tipo II, porque estas clase de estrellas experimentan la fusión del carbono en oxígeno con una terminación casi perfecta.

¿Cómo Cambiará la Abundancia de los Elementos en el Universo?

Según los científicos ellos dicen que no estaremos cerca para poder verlo, pero cuando el universo es miles o millones de veces más antiguo que en la actualidad, el helio puede llegar a superar al hidrógeno como el elemento más abundante o en otros casos no, si es que queda suficiente hidrógeno en el espacio como para alejarlo de los otros átomos. Después de un tiempo que sea mucho más largo, es posible que el oxígeno y el carbono se lleguen a convertir en el 1er y 2do elementos más abundantes en el universos entero.

Composición del Universo

El universo se encuentra compuesto casi completamente de:

  • Energía Oscura
  • Materia Oscura
  • Materia Ordinaria

Otros contenidos son la radiación electromagnética que se llega a estimar que se encuentra constituido de unos 0.005 % a cerca de 0.01 % de la masa total del Universo y de la antimateria.

Las proporciones de todos los tipos de materia y de energía han ido cambiado a lo largo de la historia y evolución del Universo. La cantidad total de radiación electromagnética que es generada en el universo ha estado disminuyendo en ½ en los últimos 2.000 millones de años. En la actualidad, la materia ordinaria, que incluye a los átomos, las estrellas, las galaxias y la vida, representa tan solo el 4.9 % de los contenidos del Universo.

La densidad global actual de este tipo de materia es muy baja, de aproximadamente 4.5 × 10 −31 gramos por cm ³, correspondiente a una densidad del orden de 1 solo protón por cada 4 ‎mts ³ de volumen.

La naturaleza de la energía oscura y la materia oscura es algo desconocida para muchos de los expertos. La materia oscura, es una forma misteriosa de la materia que aún no ha podido ser identificada, y es la que representa el 26.8 % de los contenidos cósmicos. La energía oscura, que es la energía del espacio vacío y se encuentra causando que la expansión del Universo se acelere, lo que representa el 68.3 % restante de los contenidos.

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Por ahora, se cree que la composición de la materia y de la energía es:

De un 73 % de la Energía Oscura

La mayor parte del universo al parecer consiste en algo de lo que no sabemos casi nada. La energía oscura se cree que esta probablemente no contiene masa, pero la materia y la energía se encuentran relacionadas.

De un 22 % de la Materia Oscura

La materia oscura es una clase de materia que no tiende a emitir radiación en ninguna longitud de onda del espectro. Los científicos no están muy seguros de qué es o de que se trata exactamente la materia oscura. No se ha llegado a observar ni se a creado en un laboratorio. En este momento, lo mejor que se piensa es que es materia oscura y fría, una especie de sustancia que consiste en las partículas comparables a los neutrinos, sin embargo que es mucho más masivas que otro tipo de materia.

De un 4 % de Gas

La mayor parte del gas que se encuentra en el universo es del elemento denominado hidrógeno y helio, que se encuentra entre las estrellas y es llamado gas interestelar. El gas ordinario no tiende a emitir luz, aunque sea dispersada. Los gases ionizados brillan, pero no lo suficientemente brillantes como para poder competir contra la luz de las estrellas. Los grandes astrónomos utilizan los llamados infrarrojos, rayos X y los radiotelescopios para poder captar esta cuestión.

De un 0.04 % de Estrellas

Para los ojos de los humanos, parece que el universo se encontrara lleno de diversas estrellas. Es sorprendente darse cuenta de que tan solo las que podemos alcanzar con nuestra vista representan un porcentaje tan pequeño de la realidad completa del Universo entero.

De un 0.3 % de Neutrinos

Los llamados neutrinos consisten en pequeñas partículas eléctrica que son completamente neutras y que viajan a una gran velocidad muy cercana a la de la luz.

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