ERAS

La Historia del Universo, desde el Big Bang hasta nuestros días, se puede descomponer en una serie de períodos, llamados Eras, cuya duración difiere enormemente entre ellas. Desde la misteriosa y desconocida Era de Planck, cuando el Universo acababa de nacer, hasta la formación de las galaxias, podemos hacer un breve resumen de lo acontecido en el devenir de los tiempos.

El primer periodo de la vida del Universo recibe el nombre de era de Planck. Su duración, así como la masa y tamaño máximo que alcanza el Universo, están fijadas por unas relaciones entre las constantes universales de gravitación, G; de Planck, h, y la velocidad de la luz c. Son la masa, M_pl , longitud, L_pl, y tiempo , t_pl , de Planck:

M_pl = (hc/2¶G)^1/2 = 2,2x10^-5 g

L_pl = h/2pMpl c = 1,5x10^-33 cm

y finalmente el tiempo de Planck, que es el empleado por la luz en recorrer la longitud de Planck

t_pl = Lpl/c = (Gh/2¶c⁵)^1/2 = 5x10^-44 s

Era de Planck

~10^-43 segundos después del Big Bang (Tiempo de Planck). En ese momento todo el Universo observable hoy en día tendría en aquel entonces unos 10^-33 cm, es decir, unas 100 trillones de veces más pequeño que un átomo. La temperatura característica sería de unos 10³² grados. La Física de estos instantes es altamente especulativa. La gravedad empieza a ser una fuerza relevante en las interacciones cuánticas y una descripción de lo sucedido antes de ese instante (cualquier cosa que eso significque) necesita de una teoría cuántica de la gravedad.

~10^-36 segundos después del Big Bang. Ruptura espontánea de la simetría donde las interacción nuclear fuerte y la interacción electrodébil dejan de ser una sóla interacción.

Era GUT (Gran Unificación)

~10^-35 segundos después del Big Bang. Comienza un periodo de expansión exponencial conocido como periodo inflacionario. La temperatura característica es de unos 10²⁷ grados.

~10^-33 segundos después del Big Bang. Termina el periodo inflacionario. La energía de vacío que impulsa la expansión acelerada del Universo es materializada en partículas subatómicas. Cada región del Universo del tamaño de Planck ha aumentado vertiginosamente rápido hasta alcanzar un tamaño del orden de un metro. Las fluctuaciones cuánticas aleatorias producidas durante el periodo inflacionario se amplifican por la tremenda expansión creando las irregularidades inciales que que terminarán por condersar materia y formar las semillas que darían origen a las estructuras galácticas. La tremenda energía liberada por el cambio de estado del Uuniverso convierte la energía almacenada en el inflatón (campo cuántico que impulsa la expasión exponencial) en partículas subatómicas (proceso conocido como recalentamiento).

~10^-32 segundos después del Big Bang. Bariogénesis o creación de bariones. Las reacciones de protones y antiprotones están descompensadas a favor de los protones de tal manera que hay 100000001 protones por cada 100000000 antiprotones (y 100000000 fotones). La temperatura característica es del orden de 10²⁶ K

Era Electrodébil

~10^-11 segundos después del Big Bang. Tiene lugar una transición de fase donde la interacción electrodébil se desacopla en las interacciones nuclear débil e interacción electromagnética por un proceso de ruptura espontánea de la simetría. La temperatura característica es de unos 10¹⁵ K. Podemos decir que a partir de este momento se puede describir el estado del Universo utilizando física estándar relativamente bien conocida. El tamaño del Universo observable hoy es entonces del tamaño del Sistema Solar.

Era Hadrónica

~10^-6 segundos. Empieza la aniquilación de electrones y positrones.

~10^-5 segundos. Recombinación de los hadrones. Se forman protones y neutrones a partir del plasma original de quarks y gluones.

~10^-4 segundos. Los neutrinos empiezan a viajar libremente.

~0,0001 segundos después del Big Bang. El Universo se ha enfriado hasta 10¹³ grados. Los antiprotones aniquilan los protones produciendo una gran cantidad de fotones por cada protón y neutrón superviviente. Podemos decir que a partir de este momento el escenario está perfectamente descrito por la Física estándar.

Era Leptónica

~1 segundo después del Big Bang la temperatura desciende hasta los 10¹⁰grados. La proporción protones/neutrones es de 6 a 1. El Universo ha crecido hasta algunas decenas de años luz .

~100 segundos después del Big Bang. La temperatura es de mil millones de grados. Los electrones y positrones se aniquilan mutuamente para crear más fotones, mientras protones y neutrones se combinan formando deuterones. Casi todo los deuterones se combinan para producir núcleos de helio. El resultado final es un fracción en masa de 3/4 de núcleos de hidrógeno y 1/4 de helio, quedando sólo una fracción deuterio/hidrógeno de 30 partes por millón. La cantidad de fotones por nucleón es de unos dos mil millones.

~Un mes después del Big Bang los procesos que convierten la radiación en perfectamente térmica con un espectro de cuerpo negro se producen más lentamente que la propia expansión del Universo. El fondo cósmico de microondas mantiene información de esta época.

~10.000 años después del Big Bang la temperatura ha caído hasta unos 25.000 grados. Las irregularidades producidas por la materia oscura pueden empezar a colapsar para formar las semillas gravitatorias de las estructuras galácticas.

~ 300.000 años después del Big Bang la temperatura cae hasta unos 3500 grados. Los electrones y protones se combinan formando átomos de hidrógenos y la radiación se va poco a poco desacoplando de la materia hasta que ésta puede viajar libremente cuando la temperatura cae hasta unos 3000 grados. La materia bariónica ordinaria (formada por protones y neutrones) puede caer hacia los cúmulos de materia oscura. Estas irregularidades quederán plasmadas en el fondo cósmico de microondas.

Era de las galaxias

~100-200 millones de años después del Big Bang se forman las primeras estrellas. Se sintetizan los primeros elementos pesados (carbono, oxígeno, nitrógeno, silicio, magnesio y hierro) que son esparcidos por el espacio por las explosiones de estas estrellas moribundas en forma de supernovas.

Se empiezan a formar las galaxias como agrupamientos de materia oscura. Estrellas y gas se acumulan en estos agrupamientos.

Se forman los cúmulos de galaxias.

Hace 4.600 millones de años se forma el Sistema Solar y el Sol.

Hace 3.700 millones de años, aparecen las primeras formas de vida de las que se tiene noticia.

Hoy en día: 12-15.000 millones de años después del Big Bang. La temperatura típica es de 2,725 grados por encima del cero absoluto. La esfera de 10^-31 m en el tiempo de Planck se ha convertido en una esfera que abarca unos 10²⁴ m (unos 100.000 millones de años luz), mucho mayor que el Universo observable.