EL LADO OSCURO DEL UNIVERSO PARTE 8

El lado oscuro del Universo: Colisiones cósmicas

Por: Mario Alberto Rodríguez-Meza

En el año 2012 ha estado de moda la predicción Maya sobre el fin del mundo. El fin del mundo es una preocupación que nos ocupa de manera recurrente. Por ejemplo, en el año 1999 nos preocupabamos porque se nos decía que el mundo se acabaría al comienzo del año 2000. Seguimos vivos, ... pero no todos.No tuvimos que cambiar de siglo ni de milenio, el año 1999 fue para muchos, muchísimos seres humanos el fin del mundo. En ese año hubo varios terremotos en Turquía, dos de éllos de más de 7 grados Richter, uno de los cuales provocó la muerte de más de 17,000 personas, más de 40,000 heridos, 329,000 edificios destruidos, y casi medio millón de personas sin hogar, muchas de las cuales se murieron en el siguiente invierno por las condiciones de frío y pobreza.Para las personas que murieron fue el fin del mundo. Lo malo es que no faltan los pseudo científicos o adivinos que se aprovechan de estos temores, y las compañias de segurosse benefician de esta situación.

A los dinosaurios también les llegó su fin del mundo, esto ocurrió hace como 65 millones de años, a finales del Cretácio.Un meteorito de varios kilómetros de diámetro se impactó contra la Tierra, así dice la hipótesis en que se sustenta una de las teorías que intenta explicar la extinción de los dinosaurios. Se supone que este impacto creó el crater Chicxulub. Los científicos especulan que los acontecimientos de extinción por colisiones de objetos celestes con la Tierra podrían ser más frecuentes sin la existencia de Júpiter y la vida compleja como la conocemos actualmente no habría sido posible. El astrónomo Eugene Shoemaker ha establecido que hace como 50,000 años un meteorito causó el cráter Barringer en Arizona. Otro evento ocurrido en 1908 y que ha causado mucha polémica es la destrucción misteriosa de una amplia zona de un bosque en Tunguska, Siberia. La hipótesis que está detrás de una de las teorías para explicar este fenómeno es que fue provocado por el impacto de un cometa con la Tierra.

En 1994 ocurrió otro evento espectacular en el cielo, un cometa llamado Shoemaker-Levy 9 chocó con Júpiter. Fue una colisión extraterrestre que muchos pudimos ver pues los medios de comunicación difundieron imagenes del impacto. Este cometa fue descubierto por Carolyn Shoemaker, Eugene Shoemaker y David Levy la noche del 24 de marzo de 1993 y es un caso curioso porque es un cometa que no orbitaba como todos los demás alrededor del Sol, sino alrededor de Júpiter. Júpiter, el planeta mayor de nuestro sistema solar, entonces se nos develó con claridad como el hermano protector de los demás planetas. Y es que los estudios han mostrado que Júpiter, por su influencia gravitacional hace que muchos cometas y asteroides choquen con él, en una proporción superior entre dos y diez veces más que las colisiones con la Tierra.

Entonces, si un cometa o un asteroide es capaz de causar tanta destrucción la pregunta obligada sería: ¿Cuáles serían las consecuencias de un choque entre una estrella y nuestro Sol? Estemos tranquilos el Sol y sus planetas (nosotros incluidos) morirán antes de que esto ocurra. Para entenderlo fácilmente haremos el siguiente análisis.¿Primero qué es una colisión entre dos objetos?Imaginemos el juego de billar. En el juego de carambola lo importante es que con nuestra bola, una de las de color blanco, se le pegue sucesivamente a las otras dos bolas, otra de color blanco y otra de color rojo vino. Para que ocurra el choque se necesita que las líneas que trazan las trayectorias de los centros de masa de las bolas se crucen (vean la figura 1a).Este caso define un choque frontal. Pero también el choque puede ocurrir si el diámetro d de las bolas es mayor que el parámetro de impacto b, el cual es la distancia que separa a las líneas rectas que definen las trayectorias de las bolas (ver la figura 5b). Si las bolas son de diferente tamaño entonces sustituimos la distancia d por la suma de los radios de las bolas. El caso más sencillo de entender es cuando el parámetro de impacto b es cero, el cual corresponde a una colisión frontal.

Figura 1. (a) Diagrama de la colisión de dos bolas de billar. (b) El concepto de parámetro de impacto.

La estrella más cercana al Sol es Proxima Centauri, está a 4.22 años luz de distancia (su luz tarda poco más de cuatro años en llegar a nosotros). Otras estrellas cercanas son Alpha Centauri A y B a 4.36 años luz, estas dos estrellas tienen una masa casi igual a la del Sol. El diámetro del Sol es de 1.39198 x 10⁹ metros. Para hacer la comparación entre la distancia de separación y el diámetro del Sol, transformamos 4 años luz a metros, esta distancia en metros es (1 año luz es 9.4605 x 10¹⁵ metros): 3.7842 x 10¹⁶ metros. ¡Siete ordenes de magnitud de diferencia!, es decir, decenas de millones de veces más grande la separación entre el Sol y la estrella comparada con el diámetro del Sol. Intenten alinear los movimientos de estos astros para hacer que choquen, se darán cuenta que las posiciones y velocidades de la estrella y del Sol deben ser muy especiales. Los cálculos más detallados indican que el tiempo promedio entre dos choques entre estrellas de la Vía Láctea es de 10⁸ (100 millones) veces más grande que la edad de la galaxia.Que el Sol choque con otra estrella, suponiendo que aún el Sol no ha desaparecido, es muy improbable y si ocurriera, seguro que yahabremos sido borrados de la faz de la Tierra y la Tierra igual.

Aha, ¿y cuál sería la frecuencia de los choques entre galaxias? Extrapolando (guiados por lo que nuestros ojos ven al mirar el cielo) pensaríamos que las galaxias casi no chocarían unas con otras. Pues la cosa aquí cambia, si chocan y es muy frecuente que choquen. ¿Frecuente? si, pero con esto no queremos decir que todos los días. Veamos. La comparación entre la distancia típica entre dos galaxias y su diámetro es ahora diferente. Estas distancias son muy similares.Por ejemplo, en el grupo de galaxias local, en el cual se encuentra nuestra Vía Láctea, está Andrómeda. La distancia de separación entre estas dos galaxias es aproximadamente de 2.5 millones de años luz y un diámetro de 150,000 años luz.Andrómeda es una galaxia ligeramente más másiva que la nuestra. Nos damos cuenta entonces que la separación es casi diez y siete veces más que el diámetro de Andrómeda, un orden de magnitud. Pero nos falta un detalle, la estimación de estas dimensiones está basada en la parte visible de Andrómeda, falta tomar en cuenta la extensión de la enigmática materia oscura. Se cree que los halos oscuros de la Vía Láctea y Andrómeda, sino están en contacto no falta mucho para que lo esten. Ahora sabemos que van a chocar. Pero para que eso ocurra faltan como 9 Giga años. Si acaso hubiera seres humanos que registraran el evento durante muchos, muchísimos años, el evento registrado sería, a manera de cuento, como sigue.

Zeus era un dios divertido, solía engañar frecuentemente a su mujer la diosa Hera. Lo más divertido fue cuando conoció a Alcmena, una mortal de sangre aristócrata, vulgar, pero bellísima, tanto que hizo que la noche en que la amó durara veinticuatro horas, en vez de ocho, de ahí nació Heracles un semi-dios. Heracles tenía fuerza extraordinaria, coraje, orgullo, pero era muy inocente, eso si con un vigor sexual envidiable, pues nunca necesito la pastillita azul. Los romanos después le cambiaron el nombre a Hércules. El que firma supo de este semidiós porque era asiduo visitante del cine Morelos, ahí en un Pueblo Mágico, en donde aprendió a leer y el poco inglés que conoce de ahí proviene.

Figura 2. La galaxia Andrómeda.

Pero, no es el cuento que quiero contarles, sino el de Andrómeda, les he compartido su imagen, la que ``miramos'' en el cielo y que arremeterá contra la Vía Láctea --como un encuentro entre dos amantes sedientos de amor-- en mil millones de años, espero que "podamos" ser testigos de este encontronazo. Esta colisión entre galaxias la podemos describir de la siguiente manera. Mirando al cielo y con el paso de los siglos y de los siglos (sin amen), notaremos que Andrómeda aumentará de tamaño. Se estará acercando a nosotros.Y así hasta que, ya mucho más cerca, tan cerca que, a simple vista podremos ver su estructura espiral.Esta impresionante vista durará unos cuantos millones de años. Si pudiéramos ser téstigos de esa colisión desde otro lugar en el Universo se vería como la segunda imagen que les comparto, la cual es el choque entre las galaxias llamadas NGC 2207 e IC 2163. Tiempo después se confundirá con esa enorme mancha blanquizca que es nuestra Vía Láctea. Después se cruzaran completamente, como amantes en la noche, para separarse extasiados y sudorosos. De nuevo si lográramos ver a este par de amantes desde otro lugar en el Universo se verían como la última imagen que les comparto y que es conocida como las antenas (ver figura 4).

Figura 3. El choque de las galaxias NGC 2207 e IC 2163.

Figura 4. El choque de galaxias conocido comoLas Antenas.

Las dos galaxias, Vía Láctea y Andrómeda, se alejarán una de la otra --como amantes cansados de tanto amor-- y volaran por el espacio alejandose una de otra. Hasta que la sensación de soledad las regresara, habidas de amor nuevamente (la atracción gravitacional). Y se fusionaran para ya no separarse más, y que hasta que la muerte los separe, como reza el padre en la iglesia. De esa unión surgirá la vida y esto no es broma, es en serio, ya que de la violenta noche de luna de miel se dará un intenso brote de formación estelar. Estrellas por doquier naceran. Aparecera un agujero negro supermasivo y del gas acumulandose en sus alrededores surgirá un quasar. A la nueva familia así formada se le llamará Lactómeda (de Vía Láctea-Andrómeda).Esto ocurrirá en más de mil millones de años. Por desgracia la humanidad ya habrá desaparecido muchisimos años antes. Aunque al ritmo en el que vamos, no hará falta que la Tierra sufra una colisión como la que acabó con los dinosaurios hace 65 millones de años. Nosotros, seres humanos irresponsables, nos estamos consumiendo a la naturaleza a un ritmo preocupante.

Una posible secuencia de lo que se vería desde una Tierra ficticia (ficticia porque muy posiblemente la Tierra desaparecerá mucho antes) es la mostrada en la figura 5 abajo.

Figura 5. Animación de la colisión entre Andrómeda y la Vía Láctea.

Referencias

1. José Natário, General Relativity without Calculus.(Springer-Verlag, Berlin, 2011). Nota: es un libro que explica al teoría general de la relatividad basandose en las matemáticas y la física elementales, como las que se enseñan en la secundaria y primeros años de la preparatoria.
2. Mario A. Rodríguez-Meza, Serie:El lado oscuro del Universo, Inchátiro, números 1, 2,3 y 4, (2012). Nota: son artículos de divulgación para todo público.
3. Mario A. Rodríguez-Meza, J. Suárez-Cansino y T. Matos (Editores), Métodos Numéricos en Astrofísica. (Innovación Editorial Lagares, México, D.F., 2011). Nota: es un libro un poco técnico, adecuado para estudiantes avanzados de ciencias e ingeniería.
4. J.L. Cervantes-Cota, S. Galindo, J. Klapp y Mario A. Rodríguez-Meza, Las Mejores Historias del Joven Einstein. (Ediciones del Milenio, México, D.F., 2005). Nota: es un libro un poco técnico, adecuado para estudiantes de ciencias e ingeniería.
5. T. Matos, ¿De Qué Esta Hecho el Universo?. Colección la Ciencia para Todos, FCE. (Fondo de Cultura Económica, México, D.F., 2004). Nota: este es un libro de divulgación, para todo público.
6. A. Liddle, Introduction to Modern Cosmology, second edition. (John Wiley & Sons, West Sussex, England, 2003). Nota: este es un libro un poco técnico, adecuado para estudiantes de ciencias e ingeniería de los últimos años de la carrera.

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