2.2. Composició de l’Univers

L’univers observable actual sembla tenir un espai-temps geomètricament pla, contenint una densitatmassa-energia equivalent a 9,9 × 10-30 grams per centímetre cúbic. Els constituents primaris semblen consistir en un 73% d’energia fosca, 23% de matèria fosca freda i un 4% d’àtoms. Així, la densitat dels àtoms equivaldria a un nucli de hidrogen senzill per cada quatre metres cúbics de volumen. D’aquest 4 %  d’àtoms, un 0,4 % seria matèria visible (planetes, estels, etc) i el 3,6% restant seria gas interestel·lar.

La naturalesa exacta de l’energia fosca i la matèria fosca freda segueix sent un misteri. Actualment s’especula amb que el neutrí, (una partícula molt abundant en l’univers), tingui, encara que mínima, una massa. De comprovar-se aquest fet, podria significar que l’energia i la matèria fosca no existeixen.

MATÈRIA NORMAL VISIBLE O BARIÒNICA

En cosmología se considera materia bariónica toda forma de materia En cosmologia es considera matèria bariónica tota forma de matèria constituïda per barions i leptons (a excepció de determinats tipus de neutrins). És a dir, és la matèria que forma tot el que ens envolta i podem veure, inclosos nosaltres mateixos.

Els barions (del grec βαρύς, barys, “pesat”) són una família de partícules subatòmiques formades per tres quarks. Els més representatius, per formar el nucli de l’àtom, són el neutró i el protó, però també hi ha un altre gran nombre de barions, encara que aquests són tots inestables. El nom de barió és perquè es va creure, quan va ser descobert, que posseïa una massa més gran que altres partícules.

Els leptons (del grec λεπτó, leptó, “lleuger”) pertanyen a la família dels fermions, una de les dues en què es divideixen les partícules elementals. Els leptons comprenen els electrons, els muons i els tauons, tots amb càrrega elèctrica -1, així com els seus corresponents neutrins: el neutrí electrònic, el neutrí muònic i el neutrí tauònic, de càrrega elèctrica igual a zero. Comptant amb les seves antipartícules, n’hi ha en total 12.

La majoria de la matèria estàndard (bariònica) es troba en els estels i núvols interestel·lars, com àtoms o ions (plasma), però és possible trobar altres tipus estranys de matèria en artefactes astrofísics, tal com el cas de les altes densitats existents en l’interior de les nanes blanques i estrelles de neutrons.

L’hidrogen és l’element més abundant de l’Univers conegut, i l’heli és el segon. No obstant això, el proper de la sèrie no continua amb el nombre atòmic, l’oxigen és el tercer en el rànquing d’abundància, encara que el seu nombre atòmic és el 8. Tots els altres són molt menys comuns.

L’abundància dels elements més lleugers és predita correctament pel model cosmològic estàndard, atès que els mateixos van ser formats al molt poc temps (és a dir dins de centenars de segons)després del Big Bang, en un procés anomenat nucleosíntesi del Big Bang. Els elements més pesatsvan ser formats molt després, dins de les estrelles.

S’estima que l’hidrogen i l’heli constitueixen aproximadament el 74% i 24% de tota la matèria bariònica de l’univers. La relació entre l’hidrògen i l’heli és de 1.000.000 : 63.000 (per cada milió d’àtoms d’hidrògen hi ha 63.000 àtoms d’heli).

Tot i que representen una molt petita fracció de l’univers, els altres elements denominats”elements pesants” poden exercir gran influència sobre els fenòmens astronòmics. Només el 2% (de la massa) del disc de la galàxia de la Via Làctia està compost d’elements pesats.

Aquests altres elements són generats mitjançant processos estelars. En l’àmbit de l’astronomia, un “metall” és tot element diferent de l’hidrogen, heli o liti. Aquesta distinció és important ja que l’hidrogen i l’heli (juntament amb quantitats molt reduïdes de liti) són els únics elements que es troben naturalment sense necessitat de la reacció de fusió nuclear que es desenvolupa en els estels. Per tant, la metalicidad d’una galàxia o un altre objecte és un indicador de la seva activitat estel.lar en el passat.

Els deu elemenst més comuns a la Via Làctia, estimats mitjançant estudis amb espectròmetres.
Z Element Fracció de massa en parts per milió
1 Hidrogen 739.000
2 Heli 240.000
8 Oxigen 10.400
6 Carboni 4.600
10 Neó 1.340
26 Ferro 1.090
7 Nitrogen 960
14 Silici 650
12 Magnesi 580
16 Sofre 440

MATÈRIA FOSCA

En astrofísica i cosmologia física es denomina matèria fosca a la matèria hipotètica de composició desconeguda que no emet o reflecteix suficient radiació electromagnètica per ser observada directament amb els mitjans tècnics actuals però es suposa la seva existència pels efectes gravitacionals (anomalíes gravitacionals) que causa en la matèria visible, com ara les estrelles o les galàxies, així com en les anisotropies del fons còsmic de microones present en l’univers. No s’ha de confondre la matèria fosca amb l’energia fosca.

Anell de matèria fosca (Hubble, 2007)

La composició de la matèria fosca es desconeix, però pot incloure neutrins ordinaris i pesats, partícules elementals recentment postulades com els WIMPs i els axions, cossos astronòmics com les estrelles nanes i els planetes (colectivamente anomenats MACHO) i els núvols de gasos no lluminosos. Les proves actuals afavoreixen els models en què el component primari de la matèria fosca són les noves partícules elementals anomenades colectivamente matèria fosca no bariónica. El contingut en matèria fosca a l’Univers s’estima en un 23 %.

ENERGIA FOSCA

En cosmologia física, l’energia fosca és una forma de materia o energía que estaria present en tot l’espai, produint una pressió negativa i que tendeix a incrementar la acceleració de l’expansió de l’Univers, resultant en una força gravitacional repulsiva.

Assumir la existència de l’energia fosca és la manera més freqüent d’explicar les observacions recents de que l’Univers sembla estar expandint-se amb acceleració positiva. En el model estàndard de la cosmologia, l’energia fosca actualment aporta gairebé tres quartes parts de la massa-energia total de l’Univers (73 %).

No s’ha de confondre l’energia fosca amb la matèria fosca ja que, encara que ambdues formen la major part de la massa de l’Univers, la matèria fosca és una forma de matèria, mentre que l’energia fosca és un camp que omple tot l’espai.

ACTIVITAT

Reprodueix el gràfic de la distribució de la composició de l’Univers, i emplea’l per el·laborar un esquema d’aquesta pàgina

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s