Tarjetas de investigación del cosmosde la inflación a las primeras estrellas

Base real

• El universo se expande: Hubble descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. El universo no es estático: se expande.

  Fuente:Hubble, PNAS 1929, "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae"

• El universo de Friedmann: Friedmann dedujo de la relatividad general que el universo puede expandirse o contraerse, siete años antes de que hubiera pruebas observacionales.

  Fuente:Friedmann, Zeitschrift für Physik 1922, "Über die Krümmung des Raumes"

• El átomo primigenio: Lemaître propuso por su cuenta que el universo se expande y luego imaginó que empezó como un «átomo primigenio», precursor de la teoría del Big Bang.

  Fuente:Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 1927, "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant"

• El universo inflacionario: Guth propuso que el universo temprano sufrió una expansión exponencial, lo que explica de golpe por qué es tan plano y por qué la temperatura es casi igual en todas partes.

  Fuente:Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"

• Nueva inflación: Linde resolvió el problema de cómo podía terminar la inflación sin sobresaltos, y con eso la teoría de la inflación se volvió viable.

  Fuente:Linde, Physics Letters B 1982, "A new inflationary universe scenario"

• Expansión acelerada: Usando supernovas lejanas como «candelas estándar», descubrieron que la expansión del universo se acelera. Entró en escena la energía oscura, y el trabajo ganó el Premio Nobel de 2011.

  Fuente:Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

• 42 supernovas: Otro equipo llegó por su cuenta a la misma conclusión: hay una energía en el universo que impulsa la expansión acelerada.

  Fuente:Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

• La receta del universo: El satélite Planck dio los parámetros cosmológicos más precisos hasta entonces: una edad de unos 13 800 millones de años, con la materia ordinaria en solo un 5 % aproximadamente.

  Fuente:Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"

• De dónde viene la masa: Higgs propuso un campo que llena el espacio y da masa a las partículas, y predijo una partícula nueva.

  Fuente:Higgs, Physical Review Letters 1964, "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"

• El hallazgo de la partícula de Higgs: El Gran Colisionador de Hadrones encontró una partícula nueva de unos 125 GeV, con lo que se confirmó una predicción hecha 48 años antes.

  Fuente:ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"

• El modelo de quarks: Gell-Mann propuso que los protones y neutrones están hechos de «quarks» más pequeños, y puso orden en el zoo de partículas.

  Fuente:Gell-Mann, Physics Letters 1964, "A schematic model of baryons and mesons"

• Libertad asintótica: Cuanto más se acercan los quarks, más débil es su interacción; cuanto más se alejan, más fuerte tiran. Eso explica por qué los quarks siempre están encerrados juntos.

  Fuente:Gross & Wilczek, Physical Review Letters 1973, "Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories"

• Condiciones de Sájarov: Sájarov enumeró tres condiciones para que el universo produzca «más materia que antimateria». Siguen siendo el punto de partida de la investigación.

  Fuente:Sakharov, JETP Letters 1967, "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe"

• Violación CP: La desintegración del mesón K mostró que las leyes de la física para la materia y la antimateria no son perfectamente simétricas.

  Fuente:Christenson, Cronin, Fitch & Turlay, Physical Review Letters 1964, "Evidence for the 2π decay of the K2 0 meson"

• El positrón: Anderson fotografió un electrón de carga positiva en los rayos cósmicos, la primera vez que los humanos vieron antimateria.

  Fuente:Anderson, Physical Review 1933, "The positive electron"

• La ecuación de Dirac: Dirac combinó la mecánica cuántica y la relatividad para describir el electrón, y una solución de su ecuación predijo, sin buscarlo, la antimateria.

  Fuente:Dirac, Proceedings of the Royal Society A 1928, "The quantum theory of the electron"

• Atrapar al neutrino: Tras esperar años junto a un reactor nuclear, por fin atraparon a esta «partícula fantasma» que casi no interactúa con nada.

  Fuente:Cowan, Reines et al., Science 1956, "Detection of the free neutrino: a confirmation"

• Oscilación de neutrinos: El detector Super-Kamiokande descubrió que los neutrinos cambian entre tres tipos, lo que significa que tienen masa.

  Fuente:Fukuda et al. (Super-Kamiokande), Physical Review Letters 1998, "Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos"

• El líquido perfecto: Las colisiones de iones pesados recrearon el plasma de quarks y gluones de los primeros microsegundos del universo, que se comporta como un líquido casi sin viscosidad.

  Fuente:STAR Collaboration, Nuclear Physics A 2005, "Experimental and theoretical challenges in the search for the quark–gluon plasma"

• El artículo αβγ: Alpher y Gamow calcularon cómo se formaron los elementos ligeros en el Big Bang, y se añadió el nombre de Bethe para formar «αβγ».

  Fuente:Alpher, Bethe & Gamow, Physical Review 1948, "The origin of chemical elements"

• Fondo cósmico de microondas: Dos investigadores de Bell Labs no lograban eliminar el ruido de su antena y al final comprendieron que era el resplandor del Big Bang. Ganaron el Premio Nobel de 1978.

  Fuente:Penzias & Wilson, The Astrophysical Journal 1965, "A measurement of excess antenna temperature at 4080 Mc/s"

• Explicar el resplandor: Un equipo de Princeton se preparaba para buscar esta radiación, lo ganó de mano el laboratorio vecino y puso por escrito la explicación teórica.

  Fuente:Dicke, Peebles, Roll & Wilkinson, The Astrophysical Journal 1965, "Cosmic black-body radiation"

• Un cuerpo negro perfecto: El espectro medido por COBE coincidió casi a la perfección con la curva teórica del cuerpo negro, un apoyo decisivo para la teoría del Big Bang.

  Fuente:Mather et al., The Astrophysical Journal Letters 1990, "A preliminary measurement of the cosmic microwave background spectrum by the Cosmic Background Explorer (COBE) satellite"

• Ondulaciones en el resplandor: La radiación de fondo tiene ondulaciones de temperatura de una parte en 100 000. Esas diferencias diminutas se convirtieron en las semillas de las galaxias.

  Fuente:Smoot et al., The Astrophysical Journal Letters 1992, "Structure in the COBE differential microwave radiometer first-year maps"

• Oscilaciones acústicas de bariones: Las ondas sonoras del universo temprano dejaron en la distribución de galaxias una escala característica de unos 500 millones de años luz, que se volvió una regla para medir el universo.

  Fuente:Eisenstein et al., The Astrophysical Journal 2005, "Detection of the baryon acoustic peak in the large-scale correlation function of SDSS luminous red galaxies"

• La línea de 21 cm: La primera detección de la emisión de radio de 21 cm del hidrógeno neutro permitió «ver» gas de la Vía Láctea que de otro modo es invisible.

  Fuente:Ewen & Purcell, Nature 1951, "Observation of a line in the galactic radio spectrum"

• Señal del amanecer cósmico: El experimento EDGES informó de una señal de absorción de 21 cm dejada por las primeras estrellas, pero el resultado aún se discute y espera una verificación independiente.

  Fuente:Bowman et al., Nature 2018, "An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum"

• El núcleo atómico: Las partículas alfa rebotaban de vez en cuando en una lámina de oro, y Rutherford concluyó que la masa de un átomo se concentra en un núcleo diminuto.

  Fuente:Rutherford, Philosophical Magazine 1911, "The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom"

• Qué da energía a las estrellas: Bethe calculó que las estrellas brillan por fusión nuclear y resolvió el enigma de cómo el Sol puede arder durante miles de millones de años.

  Fuente:Bethe, Physical Review 1939, "Energy production in stars"

• Masa invisible: Los bordes de la galaxia de Andrómeda giran demasiado rápido, así que una gran cantidad de materia invisible tiene que aportar la gravedad. La materia oscura ya no era solo una conjetura.

  Fuente:Rubin & Ford, The Astrophysical Journal 1970, "Rotation of the Andromeda Nebula from a spectroscopic survey of emission regions"

• Primera propuesta de materia oscura: Zwicky descubrió que las galaxias del cúmulo de Coma se movían demasiado rápido y propuso que existe «materia oscura». La idea se ignoró durante décadas.

  Fuente:Zwicky, Helvetica Physica Acta 1933, "Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln"

• Cúmulo Bala: Tras chocar dos cúmulos de galaxias, el gas se quedó en el centro mientras los centros de gravedad terminaron a cada lado. La materia oscura había sido «lanzada» hacia afuera.

  Fuente:Clowe et al., The Astrophysical Journal Letters 2006, "A direct empirical proof of the existence of dark matter"

• Sombra de un agujero negro: Radiotelescopios de todo el mundo formaron un «telescopio virtual» del tamaño de la Tierra y fotografiaron la sombra del agujero negro del centro de M87.

  Fuente:Event Horizon Telescope Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 2019, "First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The shadow of the supermassive black hole"

• Ondas gravitacionales: Dos agujeros negros se fusionaron hace 1300 millones de años, y las ondulaciones del espacio-tiempo por fin las oyeron los humanos, con lo que se confirmó la predicción de Einstein de hacía un siglo.

  Fuente:Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"

• El límite de Chandrasekhar: Una enana blanca tiene una masa máxima, de unas 1,4 masas solares. Si la supera, la estrella está condenada a seguir colapsando.

  Fuente:Chandrasekhar, The Astrophysical Journal 1931, "The maximum mass of ideal white dwarfs"

• Agujero negro gigante del universo temprano: Cuando el universo tenía menos de 700 millones de años ya había un agujero negro de 800 millones de masas solares. ¿Cómo creció tan rápido? Sigue siendo un misterio.

  Fuente:Bañados et al., Nature 2018, "An 800-million-solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a redshift of 7.5"

• El centro galáctico: Tras seguir durante más de una década las estrellas cercanas al centro galáctico, se probó que ahí se esconde un agujero negro de unos 4 millones de masas solares. Premio Nobel 2020.

  Fuente:Ghez et al., The Astrophysical Journal 2008, "Measuring distance and properties of the Milky Way's central supermassive black hole with stellar orbits"

• B²FH: este artículo de cien páginas explicó paso a paso cómo las estrellas forjan los elementos de la tabla periódica. Todos somos polvo de estrellas, y la idea parte de aquí.

  Fuente:Burbidge, Burbidge, Fowler & Hoyle, Reviews of Modern Physics 1957, "Synthesis of the elements in stars"

• La predicción de Hoyle: Para que las estrellas produjeran suficiente carbono, Hoyle predijo que el carbono-12 debía tener un nivel de energía especial, y los experimentos lo confirmaron.

  Fuente:Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement 1954, "On nuclear reactions occurring in very hot stars. I. The synthesis of elements from carbon to nickel"

• Kilonova: La primera vez que un mismo suceso cósmico se «oyó» y se «vio»: la fusión de dos estrellas de neutrones.

  Fuente:Abbott et al., Physical Review Letters 2017, "GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral"

• De dónde viene el oro: El material expulsado por la fusión de estrellas de neutrones contiene grandes cantidades de elementos pesados. El oro de tu anillo probablemente vino de una colisión así.

  Fuente:Kasen et al., Nature 2017, "Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event"

• Púlsares: La estudiante de posgrado Jocelyn Bell notó una señal de radio precisa al segundo. Al principio la llamaron en broma «hombrecitos verdes», pero resultó ser una estrella de neutrones.

  Fuente:Hewish, Bell et al., Nature 1968, "Observation of a rapidly pulsating radio source"

• Una galaxia con corrimiento al rojo 14: El telescopio Webb confirmó galaxias brillantes que ya existían unos 300 millones de años después del comienzo del universo, mucho antes de lo esperado.

  Fuente:Carniani et al., Nature 2024, "Spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at a redshift of 14"

• Campo Profundo de Hubble: Hubble miró fijamente un pequeño trozo de cielo «vacío» durante diez días de exposición y captó unas tres mil galaxias.

  Fuente:Williams et al., The Astronomical Journal 1996, "The Hubble Deep Field: Observations, data reduction, and galaxy photometry"

• Mapa estelar de Gaia: El satélite Gaia midió las posiciones y los movimientos de más de mil millones de estrellas y produjo el mapa 3D más detallado de la Vía Láctea.

  Fuente:Gaia Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2018, "Gaia Data Release 2. Summary of the contents and survey properties"

• Materia oscura fría: Si la materia oscura es «fría» y se mueve despacio, las galaxias se agrupan de abajo hacia arriba, paso a paso, lo que coincide con las observaciones.

  Fuente:Blumenthal, Faber, Primack & Rees, Nature 1984, "Formation of galaxies and large-scale structure with cold dark matter"

• La forma de los halos de materia oscura: Las simulaciones por computadora muestran que los halos de materia oscura fría, desde las galaxias enanas hasta los cúmulos de galaxias, siguen todos el mismo perfil de densidad. Más tarde el perfil recibió el nombre de sus tres autores.

  Fuente:Navarro, Frenk & White, The Astrophysical Journal 1996, "The structure of cold dark matter halos"

• La receta del universo: El satélite Planck midió las diminutas fluctuaciones del fondo cósmico de microondas: la materia ordinaria es cerca del 5 % de la energía total del Universo, la materia oscura cerca del 27 %, y el resto es energía oscura.

  Fuente:Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"