26/08/2021
El universo es un lugar inmenso. Lo que podemos observar (el "universo observable") se estima que abarca aproximadamente 93 mil millones de años luz. Es una cifra impresionante, sobre todo si tenemos en cuenta que es solo lo que hemos observado hasta ahora. Y dado el gran volumen de ese espacio, uno esperaría que la cantidad de materia contenida en él fuera igualmente impresionante.
Pero curiosamente, es cuando se observa esa materia en las escalas más pequeñas que las cifras se vuelven más alucinantes. Por ejemplo, se cree que existen entre 120 y 300 sextillones (es decir, entre 1,2 x 10²³ y 3,0 x 10²³) de estrellas en nuestro universo observable. Pero si miramos más de cerca, a escala atómica, las cifras se vuelven aún más inconcebibles.
A este nivel, se estima que hay entre 10 78y 10 82 átomos en el universo conocido y observable. En términos sencillos, eso equivale a entre diez cuatrillones de vigintillones y cien mil cuatrillones de vigintillones de átomos.
¿Cuántos átomos hay en el universo observable?
Como ya se ha dicho, esta estimación solo tiene en cuenta el universo observable, que alcanza los 4000 millones de años luz en cualquier dirección, y se basa en el lugar al que la expansión del espacio ha llevado a los objetos más distantes observados.
Mientras que un superordenador alemán realizó recientemente una simulación y estimó que existen alrededor de 500.000 millones de galaxias dentro del rango de observación, una estimación más conservadora sitúa la cifra en torno a los 300.000 millones. Dado que el número de estrellas en una galaxia puede llegar a los 400.000 millones, el número total de estrellas podría ser de 1,2×10 23, o algo más de 100 sextillones.
Por término medio, cada estrella puede pesar unos 10 35gramos. Por lo tanto, la masa total sería de unos 10 58gramos (es decir, 1,0 x 10 52toneladas métricas). Dado que se sabe que cada gramo de materia tiene unos 10 24protones, o aproximadamente el mismo número de átomos de hidrógeno (ya que un átomo de hidrógeno solo tiene un protón), el número total de átomos de hidrógeno sería de aproximadamente 10 86, es decir, cien mil cuatrillones de vigintillones.
Distribución de la materia en el universo
Dentro de este universo observable, esta materia está repartida de forma homogénea por el espacio, al menos cuando se promedia a distancias superiores a 300 millones de años luz. Sin embargo, a escalas más pequeñas, se observa que la materia se agrupa en cúmulos de materia luminosa organizada jerárquicamente, con los que todos estamos familiarizados.
La mayoría de los átomos se condensan en estrellas, la mayoría de las estrellas se condensan en galaxias, la mayoría de las galaxias en cúmulos, la mayoría de los cúmulos en supercúmulos y, finalmente, en las estructuras a mayor escala como la Gran Muralla de galaxias (también conocida como la Gran Muralla de Sloan). A menor escala, estos cúmulos están impregnados de nubes de partículas de polvo, nubes de gas, asteroides y otros pequeños cúmulos de materia estelar.
La materia observable del Universo también está repartida de forma isotrópica, lo que significa que ninguna dirección de observación parece diferente de las demás y que cada región del cielo tiene aproximadamente el mismo contenido. El Universo también está bañado por una onda de radiación de microondas altamente isotrópica que corresponde a un equilibrio térmico de aproximadamente 2,725 kelvin (justo por encima del cero absoluto).
El principio cosmológico
La hipótesis de que el universo a gran escala es homogéneo e isotrópico se conoce como el principio cosmológico. Este principio afirma que las leyes físicas actúan de forma uniforme en todo el universo y, por lo tanto, no deberían producir irregularidades observables en la estructura a gran escala. Esta teoría ha sido respaldada por observaciones astronómicas que han ayudado a trazar la evolución de la estructura del universo desde que fue establecida inicialmente por el Big Bang.
El consenso actual entre los científicos es que la gran mayoría de la materia se creó en este evento, y que la expansión del Universo desde entonces no ha añadido nueva materia a la ecuación. Más bien, se cree que lo que ha estado ocurriendo durante los últimos 1700 millones de años ha sido simplemente una expansión o dispersión de las masas que se crearon inicialmente. Es decir, no se ha añadido ninguna cantidad de materia que no estuviera presente en el principio durante esta expansión.
La equivalencia entre masa y energía de Einstein
Sin embargo, la equivalencia entre masa y energía de Einstein presenta una ligera complicación a esta teoría. Esta es una consecuencia derivada de la Relatividad Especial, en la que la adición de energía a un objeto aumenta su masa de forma incremental. Entre todas las fusiones y fisiones, los átomos se convierten regularmente de partículas a energías y viceversa.
Sin embargo, observado a gran escala, la densidad general de materia del universo permanece igual a lo largo del tiempo. La densidad actual del universo observable se estima que es muy baja, aproximadamente 9,9 × 10 -30gramos por centímetro cúbico. Esta masa-energía parece estar compuesta por un 68,3% de energía oscura, un 26,8% de materia oscura y solo un 4,9% de materia ordinaria (luminosa). Por lo tanto, la densidad de átomos es del orden de un solo átomo de hidrógeno por cada cuatro metros cúbicos de volumen.
Materia oscura y energía oscura
Las propiedades de la energía oscura y la materia oscura son en gran medida desconocidas, y podrían estar distribuidas uniformemente u organizadas en cúmulos como la materia normal. Sin embargo, se cree que la materia oscura gravita como lo hace la materia ordinaria, y por lo tanto trabaja para frenar la expansión del Universo. Por el contrario, la energía oscura acelera su expansión.
Una vez más, esta cifra es solo una estimación aproximada. Cuando se utiliza para estimar la masa total del Universo, a menudo se queda corta con respecto a lo que predicen otras estimaciones. Y al final, lo que vemos es solo una pequeña fracción del todo.
Tabla comparativa
| Concepto | Cantidad |
|---|---|
| Estrellas en el universo observable | 120 - 300 sextillones |
| Átomos en el universo observable | 10 78 - 10 82 |
| Galaxias en el universo observable | 300 - 500 mil millones |
Consultas habituales
¿Qué es un átomo?
Un átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene las propiedades de ese elemento. Está compuesto por un núcleo central de protones y neutrones, rodeado por una nube de electrones.
¿De dónde vienen los átomos?
La mayoría de los átomos se crearon en el Big Bang, mientras que otros se formaron en el interior de las estrellas y fueron liberados al espacio a través de explosiones de supernovas.
¿Qué es la materia oscura?
La materia oscura es una forma de materia que no interactúa con la luz, por lo que no podemos verla directamente. Su existencia se infiere a partir de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible.
¿Qué es la energía oscura?
La energía oscura es una fuerza misteriosa que se cree que es responsable de la expansión acelerada del universo.
¿Cuántos átomos hay en un ser humano?
Se estima que un ser humano promedio contiene alrededor de 7 x 10 27 átomos.
Conclusión
La cantidad de átomos en el universo es asombrosamente grande, incluso si solo consideramos el universo observable. A medida que la tecnología avanza y nuestra comprensión del cosmos se profundiza, es posible que nuestras estimaciones sobre la cantidad de átomos en el universo se ajusten. Sin embargo, una cosa es segura: el universo es un lugar vasto e increíblemente complejo, lleno de misterios que aún estamos tratando de desentrañar.
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