Este documento resume la evolución del Universo desde el Big Bang hasta la aparición de la vida en la Tierra. Explica que hace 13.800 millones de años ocurrió una gran explosión que dio origen al Universo, el cual ha ido expandiéndose y enfriándose desde entonces. Detalla cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias, y cómo las supernovas dispersaron elementos pesados que permitieron la formación de sistemas planetarios como el Sistema Solar. Finalmente, describe cómo en la Tierra surgieron las primeras formas de

1. Astrobiología: La vida como un elemento
de la evolución del Universo
Jose Miguel Mas Hesse
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)

2. 2
La contemplación del cielo nocturno ha fascinado a la Humanidad desde
los albores de la civilización y le ha hecho pensar en sus orígenes

3. 3

4. 4
¿Quiénes somos?
¿De dónde venimos?
¿A dónde vamos?
¿Estamos solos?
Para entendernos a nosotros mismos lo primero que debemos hacer es
conocer el Universo en que habitamos

5. 5
A medida que el Hombre fue desarrollando tecnología, la
empleó para escudriñar y tratar de entender el Cosmos.
Poco a poco hemos ido comprendiendo su naturaleza.

6. 6
Stonehenge ~3100 - 2500 AC

7. 7
Telescopio de 10 m GTC (La Palma, 2010)
Radiotelescopio ALMA (Chile, 2013)

8. Nuestra visión del Universo
8

9. Nuestra visión global del Universo
• Para comprender el Universo necesitamos saber:
– Su edad
– Su tamaño
– Su contenido y estructura
• La Humanidad se ha planteado estas 3 preguntas desde que comenzó a
mirar al cielo y fue consciente de su existencia, hace varias decenas de
miles de años.
• Nuestra visión ha ido cambiando con el tiempo, en función de los
conocimientos que teníamos en cada momento.
 Por primera vez en la historia de la Humanidad creemos haber alcanzado
los límites del Universo “observable”.
9

10. La edad del Universo
• Desde 1929 sabemos que el Universo está en expansión
– E. Hubble descubrió que todas las galaxias se alejan las unas de las otras
 el Universo se está expandiendo!
• Midiendo a qué velocidad se expande el Universo, podríamos saber cuánto tiempo
lleva haciéndolo
– Podemos calcular cuándo comenzó la expansión, y determinar así la edad del Universo.
11

11. La edad del Universo
• Desde 1929 sabemos que el Universo está en expansión
– E. Hubble descubrió que todas las galaxias se alejan las unas de las otras
 el Universo se está expandiendo!
• Midiendo a qué velocidad se expande el Universo, podríamos saber cuánto tiempo
lleva haciéndolo
– Podemos calcular cuándo comenzó la expansión, y determinar así la edad del Universo.
12
El Universo se formó hace unos 13.800 millones de años.

12. Evolución del Universo
13
tiempo 13.800
Millones
de años
0 Millones de años
Tiempo desde el Big Bang
Cuanto más lejos miramos, vemos más atrás en el tiempo.

13. Evolución del Universo
• Hace 13.800 millones de años se produjo una gran explosión, el Big-
Bang, a partir “de la nada”.
– Nuestra Física deja de ser válida y no puede describir las condiciones
del Universo cuando llegamos a la escala de Planck (10-44 s, 10-35 m).
– Conceptos como “dónde” o “antes” dejan de tener su sentido habitual.
14
Tiempo desde el Big Bang

14. Evolución del Universo
• A los 10-37 segundos experimentó una expansión súbita:
– 10-13 cm  2 cm La Inflación
• t < 380.000 años: el Universo consistía en una sopa cósmica de
plasma muy caliente. Los fotones interactuaban constantemente con
los electrones y bariones
– El medio era opaco y la radiación no podía escapar.
15
Tiempo desde el Big Bang

15. Evolución del Universo
16

16. Evolución del Universo
• Tras la primera expansión, el plasma se enfrió lo suficiente como
para que los electrones se asociaran de manera estable a los
protones.
17
Tiempo desde el Big Bang

17. Evolución del Universo
– La materia se condensó en forma de átomos estables
(74% Hidrógeno, 26% Helio, algo de Litio y otros elementos).
– Los fotones quedaron libres, dispersándose por el naciente
Universo sin apenas interacción.
18
Universo opaco t ~ 380.0000 años transparente

18. Evolución del Universo
• t < 300 millones de años: la Edad Oscura
– Durante varios cientos de millones de años la materia apenas emitía
radiación, era un Universo Oscuro y frío.
19
Tiempo desde el Big Bang

19. Evolución del Universo
• t  400 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.
20
Tiempo desde el Big Bang

20. Evolución del Universo
• t >500 millones de años: las estrellas masivas explotan al final de su
vida como supernovas y 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.
21
Tiempo desde el Big Bang

21. 22
Varios miles de millones de años
Pocos millones de años

22. Explosiones de supernovas
24
• A medida que se va
terminando el combustible
nuclear, la temperatura del
núcleo aumenta y se fusionan
elementos más pesados.
• En la última etapa de su vida
la estrella se vuelve muy
inestable y eyecta las capas
más externas.

23. Explosiones de supernovas
25
• A medida que se va
terminando el combustible
nuclear, la temperatura del
núcleo aumenta y se fusionan
elementos más pesados.
• En la última etapa de su vida
la estrella se vuelve muy
inestable y eyecta las capas
más externas.
• Eta Carinae nos permite
obervar en tiempo real cómo
muere una estrella masiva.

24. Nebulosa del Cangrejo
Restos de la supernova del
año 1054
En este tipo de eventos se
formaron casi todos los
elementos químicos, y se
dispersaron al medio interestelar
en forma de gas y polvo, dando
lugar a la formación de molécuas
complejas.
Explosiones de supernovas
26

25. 27

26. Medio interestelar
28

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.
29
Tiempo desde el Big Bang

28. Los límites del Universo
30

29. Los límites del Universo
• Con telescopios cada vez más potentes podemos observar galaxias
cada vez más lejanas
y por lo tanto cada vez más próximas al origen del Universo.
• ¿Hasta dónde podemos llegar?
31
Tiempo desde el Big Bang

30. 32
Podemos llegar a ver la época en que se formaron las primeras estrellas y galaxias!!

31. Campo ultraprofundo del Hubble
Space Telescope
Las galaxias más lejanas se
encuentran a ~13.000 millones de
años luz
El Universo tenía menos de 1.000
millones de años de edad!!
Los albores del Universo
36

32. 37

33. 38
Galaxia primordiales. El Universo tenía entre 900 y 500 millones de años

34. 39
Galaxia a z ~ 10, cuando el Universo tenía sólo 500 millones de años

35. Los límites del Universo
• ¿Podríamos llegar aún más lejos?
• ¿Podríamos llegar a ver la radiación emitida tras el Big-Bang, cuando el
Universo comenzó a ser transparente?
40
Sí, podemos !!

36. Los límites del Universo
• A mediados de los años 60, A. Penzias y R. Wilson descubrieron esta Radiación
Cósmica de Fondo por casualidad, con las mismas propiedades predichas por la
teoría del Big-Bang.
41

37. 42
Radiación cósmica de fondo

38. Radiación cósmica de fondo
43
Los puntos rojos son regiones de mayor densidad: estamos viendo las
semillas de las que nacieron las galaxias!!
Planck ESA (2013)

39. 46
Radiación cósmica de fondo

40. -12000
mill. de años
t = 1700

41. -13700
mill. de años
t = 0.38

42. Los límites del Universo
52
• “Al fondo” de la esfera celeste se encuentra la radiación del fondo cósmico,
formada al finalizar el Big Bang:
Éste es el límite (en el tiempo y en el Espacio)
de nuestro Universo observable!
• El Universo observable es una hiperesfera de 4 dimensiones
– Radio espacial: ~46.500 millones de años luz
– Dimensión temporal: 13.800 millones de años

43. ¿Cómo es nuestro Universo?
57

44. 58Simulación teórica de la evolución del Universo

45. Galaxias
• Las galaxias están formadas por:
– Gran cantidad de estrellas.
La Vía Láctea posee  1011 (100 mil millones) estrellas
– Gas y polvo interestelar, rotando
alrededor del núcleo.
– Un agujero negro en el centro.
61
El Sol da una vuelta cada
250 Millones de años
~20 vueltas!

46. Galaxias
• Las galaxias están formadas por:
– Gran cantidad de estrellas.
La Vía Láctea posee  1011 (100 mil millones) estrellas
– Gas y polvo interestelar, rotando
alrededor del núcleo.
– Un agujero negro en el centro.
62
El Sol da una vuelta cada
250 Millones de años
~20 vueltas!

47. Galaxias: polvo
63
Las estrellas masivas terminan su vida
con una explosión tipo supernova.

48. 64

49. 65

50. 66

51. q
68
Irregular
Secuencia de Hubble

52. 70
M87: elíptica

53. 71
M101: espiral

54. 72
M64: espiral

55. 73
Galaxia del sombrero: espiral

56. 74
Nuestra galaxia: la Vía Láctea, espiral
La Gran Nube de Magallanes: Irregular

57. Galaxias: ¿cómo son?
76
Centauro A: una galaxia enigmática

58. Centauro A

59. Centauro A
Visible
InfrarrojoRadioRayos X

60. Centauro A
Compuesto: visible + radio + rayos X

61. Centauro A

62. A lo largo de su evolución, las galaxias interactúan y
chocan, dando lugar a violentos cataclísmicos cósmicos.
81

63. 82

64. Las colisiones de galaxias espirales grandes dan lugar a la formación
de “antenas”. 83

65. 84

66. 85

67. 87
M31: Galaxia de Andromeda

68. 88

69. 90
En paralelo a la 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…

70. Formación y evolución de la vida
• t  5.000 millones de años: el medio interestelar es rico en todo tipo de
elementos pesados (aunque sigue dominando el Hidrógeno).
• 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
91
Hitos fundamentales
tiempo 13.800 Millones de años0 Millones de años
Tiempo desde el Big Bang

71. Formación y evolución de la vida
• t  9.200 millones de años: el Sol se “enciende” y comienza a emitir luz
(hace 4.600 millones de años).
• Los elementos pesados de la nube “contaminada” forman un disco que
acabará fragmentándose en los planetas que hoy conocemos.
92

72. Formación y evolución de la vida
• En una zona templada se forma un planeta rico en metales, Oxígeno e
Hidrógeno.
93
Ilustración
HL Tauri ALMA/ESO

73. Formación y evolución de la vida
• En los primeros tiempos del Sistema Solar la Tierra primitiva es
bombardeada por gran cantidad de meteoritos y cometas
– Éstos aportaron de agua y todo tipo de moléculas complejas formadas en el
medio interestelar, incluídos aminoácidos y moléculas precursoras del ARN/ADN.
94

74. Formación y evolución de la vida
95

75. Formación y evolución de la vida
96
Hace unos días investigadores del CAB detectaron
glicolonitrilo (HOCH2CN) en torno a una estrella
joven, un precursor de la adenina.

76. Formación y evolución de la vida
• Estos elementos se combinan espontáneamente formando aminoácidos y
cadenas cada vez más complicadas.
– La energía de los impactos pudo actuar como catalizador
– Las condiciones se han reproducido en los laboratorios con cierto éxito
97Experimento de Miller

77. Formación y evolución de la vida
• Hace  3.600 millones de años, estructuras autorreplicantes se desarrollan
en los océanos. Su metabolismo comienza a generar desechos (CO2, O3, …)
98
De la Tierra Primitiva a LUCA

78. 99
Formación y evolución de la vida

79. Formación y evolución de la vida
• En los siguientes 3.200 millones de años, sucesivas mutaciones van
completando el árbol de la vida.
• Hace 540 millones de años
surgen seres multicelulares
complejos, que desarrollan
redes neuronales cada vez
más densas.
100

80. Formación y evolución de la vida
• Hace  200.000 años, la última mutación produce el homo sapiens, con una red neuronal
suficientemente compleja para adquirir consciencia de su existencia.
• Durante los últimos 200.000 años el hombre ha observado el Universo que le rodea tratando
de conocerlo y comprenderlo.
101

81. Formación y evolución de la vida
102
En los próximos años encontraremos otros planetas como la Tierra y
buscaremos vida (inteligente?) en ellos.
Más de 3000 exoplanetas detectados!

82. 103

83. Formación y evolución de la vida
• ¿Cómo podría ser la vida en estos otros mundos?
104
Tardígrado

84. Tardígrados
• Poseen características únicas en el reino animal tales como
– poder sobrevivir en el vacío del espacio,
– a presiones muy altas - 6000 atm (la presión atmosférica en la superficie de la Tierra es
de 1 atm, por lo que pueden resistir presiones atmosféricas 6000 veces superiores),
– a temperaturas de -200 °C y hasta los 150°,
– a la deshidratación prolongada (hasta 10 años pueden pasar sin obtener agua)
– a la radiación ionizante.
• Están formados por unas mil células.
• Miden 0,05 – 0,5 mm
• Están por todas partes……
105

85. Buscando vida en otros planetas
106
Buscando vida en otros planetas: Marte

86. Buscando vida en otros planetas
107
TWINS: estudios del ambiente marciano

87. 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.
108

88. • Sólo el 4,9% del Universo está constituido por bariones, en su
mayor parte protones y neutrones (materia ordinaria).
• El 25,9% parece estar formado
por materia oscura, detectable a
partir de su efecto gravitatorio,
pero que no emite radiación y no
sabemos a ciencia cierta qué es!!
Materia y energía oscuras
109
• El 69,2% está asociado a lo que
denominamos energía oscura:
un tipo de fuerza repulsiva de
origen aún desconocido.
Energía oscura
69.2%
Materia oscura
25.9%
Átomos
4,9%

89. 110
Materia oscura

90. Cúmulos de galaxias y materia oscura
• La materia de estos cúmulos desvía la luz de las galaxias que están detrás.
• En determinadas condiciones se produce el efecto de “lente gravitacional”,
que amplifica la imagen de galaxias muy lejanas.
111

91. Cúmulos de galaxias y materia oscura
• La materia de estos cúmulos desvía la luz de las galaxias que están detrás.
• En determinadas condiciones se produce el efecto de “lente gravitacional”,
que amplifica la imagen de galaxias muy lejanas.
112

92. q
114

93. 115

94. 116

95. Materia oscura
118
Estrellas + rayos X (materia ordinaria)
Lente gravitacional:
distribución total de materia gravitante
Abell 520

96. Materia oscura
119
Abell 520
Materia ordinaria
y materia oscura
No sabemos lo que es,
pero podemos detectarla y
estudiar sus propiedades!

97. Cúmulo
1E0657
Materia
ordinaria
y oscura
Materia oscura
120

98. 121
Energía oscura

99. Energía oscura
• En 1999, la observación de supernovas lejanas indicó que la expansión del
Universo no ha sido constante.
122

100. Energía oscura
• La expansión se frenó
al comienzo
pero
• hace ~5.000 millones
de años comenzó a
acelerarse de nuevo
123
• La fuerza repulsiva que
genera la aceleración la
asociamos a una energía
oscura.
Aún desconocemos su
naturaleza, pero determina
el futuro del Universo!

101. Energía oscura
• La expansión se frenó
al comienzo
pero
• hace ~5.000 millones
de años comenzó a
acelerarse de nuevo
124
• La fuerza repulsiva que
genera la aceleración la
asociamos a una energía
oscura.
Aún desconocemos su
naturaleza, pero determina
el futuro del Universo!

102. Energía oscura y el futuro
125
La evolución futura vendrá determinada por la batalla entre
la atracción gravitatoria de la materia oscura, y la repulsión
asociada a la energía oscura.

103. Energía oscura
126

104. 127127127
Destino del
Universo

105. 128
Todavía nos queda mucho por aprender.

106. 129
2026 E-ELT
2021

107. 130
James Webb
Space Telescope (2021)

108. 131
Extremely Large Telescope (2026)

109. 132
Entretanto, elciclo de la vida continúa
.