3. Sopa de Quarks
Después de la inflación, el Universo
era una sopa de partículas
fundamentales llamadas quarks,
gluones, leptones y fotones, todas
chocando entre sí a enormes
velocidades transformándose
continuamente unas en otras.
4. Sopa de Quarks
A medida que descendia la temperatura
los quarks se unieron entre sí para formar
los primeros bariones y antibariones, que
eran principalmente protones, neutrones y
sus antipartículas.
5. Sopa de Quarks
Con el descenso de la temperatura, la
antimateria iba desapareciendo pues se
aniquilaba con su partícula correspondiente.
Luego de esto quedó un pequeño excedente
de materia . Todo lo que vemos en el
Universo actualmente está hecho de ese
excedente.
6. Sopa de Quarks
Se calcula que por cada partícula de materia
que sobrevivió hasta ahora se aniquilaron unas
100,000,000 de partículas y antipartículas.
Todo esto sucedió antes de un segundo de
existencia. Luego de esto los constituyente
principales del Universo fueron: protones,
neutrones, electrones, neutrinos, antineutrinos
y fotones.
7. Durante el BIG-BANG las reacciones nucleares
convirtieron el 20% del hidrógeno en helio, y las
primeras estrellas se formaron por mezcla de
80% de hidrógeno con 20% de helio. El resto de
la materia del Universo incluyendo átomos más
pesados, carbono y oxígeno, fue consecuencia
de reacciones nucleares posteriores.
8. Formación de Helio
Los protones y neutrones chocaban entre sí
formando un núcleo de deuterio. Este a su
vez chocaba con otros protones y
neutrones formando después de varias
reacciones nucleares, los núcleos de Helio.
9. Formación de Helio
Esto ocurre a tres minutos de existencia del
Universo cuando la temperatura alcanza los
100,000,000 grados Kelvin. Estos núcleos no
volvieron a destruirse y fijaron la composición
química posterior del Universo, a saber de
aproximadamente un 75% de Hidrógeno, un 25%
de Helio y apenas una traza de otros elementos.
Los otros elementos químicos se formaron en el
interior de las estrellas y se diseminaron
posteriormente por el espacio cósmico.
10. E t a p a s d e l a E v o l u c i ó n
Big Bang Densidad infinita, volumen cero.
10 segs.
-43
Fuerzas no diferenciadas
10 segs.
-34
Sopa de partículas elementales
10 segs.
-10
Se forman protones y neutrones
1 seg. 10.000.000.000 º. Tamaño Sol
3 minutos 1.000.000.000 º. Nucleos
30 minutos 300.000.000 º. Plasma
300.000 años Átomos. Universo transparente
10 años
6
Gérmenes de galaxias
10 años
8
Primeras galaxias
10 años
9 Estrellas. El resto, se enfría.
5x10 años
9
Formación de la Vía Láctea
10 años
10
Sistema Solar y Tierra
11. EVIDENCIA EXPERIMENTAL DEL BIG BANG
¿ Có mo sabemos que la teoría del Big Bang es
correcta?
Una buena teoría debe hacer predicciones. Cuando las
predicciones se pueden comprobar experimentalmente
la teoría gana peso. Veamos la evidencia:
12. Tabla de consistencia del Big Bang.
Se enumeran las predicciones de la teoría y los hechos que se
deberían cumplir para que la teoría sea auto-consistente. Al
lado se anota la evidencia experimental correspondiente. Bajo
la columna de probabilidad (prob) se le asigna a cada
predicción un puntaje que básicamente designa la probabilidad
de que la predicción haya quedado probada. Este puntaje no es
riguroso, es propuesto por el autor y se basa solamente en su
experiencia en el tema y por lo que se refleja en trabajos de
otros investigadores del tema.
13. Predicción Confirmación Prob
Observada por E. Hubble en
1929 demostrando la relación
entre velocidad y distancia de
1. Expansión del
galaxias lejanas. La velocidad de
espacio por A.
expansión determinada por el
Friedmann en 1922 100
Telescopio Espacial Hubble y
y G. Lemaître en
consistente con el valor medido
1930
por WMAP es de 22 Km/seg por
cada millón de años-luz de
distancia.
14. 13.700 millones de años con un
error del 1%, medida por WMAP
2. Edad finita del
y consistente con las edades de las
universo por A.
estrellas más viejas y las 100
Friedmann en 1922 y
mediciones de la edad del
G. Lemaître en 1930
universo realizadas por el
Telescopio Espacial Hubble
15. La temperatura de la RCF
aumenta a medida que se
3. El universo es
observa más lejanamente.
más caliente y
Mediciones de espectros de 100
denso en el pasado.
nubes de gas intergalácticas
G. Gamow, 1946.
revelan una temperatura de la
RCF creciente con la distancia.
75% hidrógeno, 25% helio y
4. Composición de
una pequeña fracción de
elementos primordiales
deuterio (ver siguiente punto) y 95
por G. Gamow en
litio medidos en espectros
1946
estelares
16. Observando líneas de absorción
de la luz de quasars lejanos por
gas intergaláctico se ha
5. Presencia de determinado una abundancia
deuterio en el universal de deuterio de 2x10-4 90
universo relativa al hidrógeno. El deuterio
no puede originarse en las
estrellas, el Big Bang es el único
mecanismo existente para crear
este deuterio.
6.
Detectada por A. Penzias y R.
Radiación Cósmica
Wilson en 1964. Firmemente
de Fondo (RCF)
establecido su origen 100
por G. Gamow, R.
cosmológico y estudiada en gran
Alpher y R. Herman
detalle por decenas de
en 1948 y R. Dicke
experimentos en tierra, globos y
y J. Peebles en
plataformas satelitales.
17. Distribución espectral de cuerpo
7. Espectro térmico
negro con desviaciones no
de la RCF por G.
mayores que 0.01% y con
Gamow, R. Alpher 100
temperatura de 2,725 ± 0,002
y R. Herman en
Kelvin medido por los proyectos
1948
COBE y COBRA en 1990.
8. Anisotropías en
Detectadas por el proyecto
la RCF a escalas
COBE en 1992 con una
mayores que 1 90
amplitud característica ΔT/T =
grado. Sachs y
10-5.
Wolfe 1967.
18. Detectadas por el experimento
9. Ondas acústicas
Boomerang en el 2000 y
en el plasma
confirmada por WMAP y
primordial, por R. 90
decenas más de experimentos
A. Sunyaev y Y. B.
observando desde la tierra y
Zeldovich en 1970.
montados en globos.
10. Polarización de Detectada por el experimento
60
la RCF DASI en el 2002
11. Anti-correlación
de la temperatura y
Detectada por WMAP en el 2003 70
la polarización de la
RCF
19. 12. Coherencia de
la polarización de Observada por WMAP en el
60
la RCF a escalas 2003
angulares > 1°
13. Interacción de
Observado por Birkinshaw et.
la RCF con nubes
al. 1981 midiendo
de gas en cúmulos
deformaciones del espectro de 70
galácticos. R. A.
la RCF en direcciones de
Sunyaev y Y. B.
cúmulos conocidos.
Zeldovich en 1969.
20. La concentración de materia en
galaxias y cúmulos de galaxias ha sido
14. Formación de medida por medio de observaciones
estructura a gran escala profundas del cielo. Estas mediciones
a partir de son compatibles con la amplitud de las
inhomogeneidades en perturbaciones en el plasma a una 80
densidad del plasma edad de 380 mil años, según se
primordial, estudiada infieren de las mediciones de
por E. Lifshitz en 1946, anisotropías en la RCF.
y J. Silk en 1967.
Solo 3 familias.
Confirmado por experimentos en el
15. Número de familias
acelerador de partículas del CERN
de neutrinos por G.
midiendo la vida media del bosón 80
Steigman, D. Schram y
intermedio Z0 y consistente con la
J. Gunn en 1977
nucleosintesis en el Big Bang (ver
puntos 4 y 5).
21. La noche es oscura. El universo no
pede ser infinito en extensión, de lo
16. El universo es finito contrario en cualquier dirección de
90
(H. Olbers, 1823) observación del cielo nos
encontraríamos con una estrella y la
noche seria tan brillante como el día.
Al momento no ha habido detección
exitosa de materia oscura no bariónica
que satisfaga los requerimientos de la
teoría. Los neutrinos quedan
17. Debe existir materia
descartados por ser relativistas y tener 40
oscura no bariónica.
una masa muy pequeña. La única
evidencia favorable viene de la
dinámica de galaxias y cúmulos
galácticos.
22. Aún no detectado debido a la
insuficiente sensibilidad de los
18. Debe existir un
detectores disponibles y a los
fondo cosmológico 0
altos niveles de ruido producido
de neutrinos
por rayos cósmicos y
radioactividad natural en el
ambiente.
Aún no detectado, y
19. Debe existe un
posiblemente no se podrá
fondo cosmológico
detectar directamente debido a su 0
de ondas
baja intensidad. Esta predicción
gravitacionales
es específica del modelo
inflacionario.
