No es ningún secreto que el universo es un lugar extremadamente vasto. Y dado el gran volumen de ese espacio, uno esperaría que la cantidad de materia contenida dentro fuera igualmente impresionante.
Pero, curiosamente, cuando observa ese asunto en las escalas más pequeñas, los números se vuelven más alucinantes. Por ejemplo, se cree que existen entre 120 y 300 sextillones (es decir, 1.2 x 10²³ a 3.0 x 10²³) en nuestro universo observable. Pero mirando más de cerca, a escala atómica, los números se vuelven aún más inconcebibles.
A este nivel, se estima que hay entre 1078 a 1082 átomos en el universo conocido y observable. En términos simples, eso equivale a entre diez billones de billones de billones y cien mil billones de billones de átomos.
Y, sin embargo, esos números no reflejan con precisión cuánta materia puede albergar realmente el universo. Como ya se dijo, esta estimación solo tiene en cuenta el universo observable que alcanza 46 mil millones de años luz en cualquier dirección, y se basa en dónde la expansión del espacio ha llevado a los objetos más distantes observados.
Mientras que una supercomputadora alemana recientemente realizó una simulación y estimó que existen alrededor de 500 mil millones de galaxias dentro del rango de observación, una estimación más conservadora coloca el número en alrededor de 300 mil millones. Dado que el número de estrellas en una galaxia puede alcanzar hasta 400 mil millones, entonces el número total de estrellas puede estar alrededor de 1.2 × 1023 - o un poco más de 100 sextillones.
En promedio, cada estrella puede pesar alrededor de 1035 gramos Por lo tanto, la masa total sería de aproximadamente 1058 gramos (eso es 1.0 x 1052 toneladas métricas). Como se sabe que cada gramo de materia tiene aproximadamente 1024 protones, o aproximadamente el mismo número de átomos de hidrógeno (dado que un átomo de hidrógeno tiene solo un protón), entonces el número total de átomos de hidrógeno sería aproximadamente 1086 - aka. cien mil cuatrillones de vigintillones.
Dentro de este universo observable, esta materia se extiende de manera homogénea por todo el espacio, al menos cuando se promedia en distancias superiores a 300 millones de años luz. En escalas más pequeñas, sin embargo, se observa que la materia se forma en grupos de materia luminosa organizada jerárquicamente con la que todos estamos familiarizados.
En resumen, 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 Sloan) . En menor escala, estos grupos están impregnados por nubes de partículas de polvo, nubes de gas, asteroides y otros pequeños grupos de materia estelar.
La materia observable del Universo también se extiende isotrópicamente; lo que significa que ninguna dirección de observación parece diferente de cualquier otra y que cada región del cielo tiene aproximadamente el mismo contenido. El Universo también está bañado en una ola de radiación de microondas altamente isotrópica que corresponde a un equilibrio térmico de aproximadamente 2.725 grados Kelvin (justo por encima del Cero Absoluto).
La hipótesis de que el universo a gran escala es homogéneo e isotrópico se conoce como el principio cosmológico. Esto establece que las leyes físicas actúan de manera 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 inicialmente establecida 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 agregado nueva materia a la ecuación. Más bien, se cree que lo que ha estado ocurriendo durante los últimos 13.700 millones de años simplemente ha sido una expansión o dispersión de las masas que se crearon inicialmente. Es decir, no se ha agregado ninguna cantidad de materia que no estaba allí al principio durante esta expansión.
Sin embargo, la equivalencia de masa y energía de Einstein presenta una ligera complicación para esta teoría. Esta es una consecuencia que surge de la Relatividad Especial, en la cual 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 de materia general del universo sigue siendo la misma con el tiempo. Se estima que la densidad actual del universo observable es muy baja, aproximadamente 9,9 × 1030 gramos por centímetro cúbico. Esta energía de masa parece consistir en 68.3% de energía oscura, 26.8% de materia oscura y solo 4.9% de materia ordinaria (luminosa). Por lo tanto, la densidad de los átomos es del orden de un solo átomo de hidrógeno por cada cuatro metros cúbicos de volumen.
Las propiedades de la energía oscura y la materia oscura son en gran medida desconocidas, y podrían distribuirse u organizarse uniformemente en grupos 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 retrasar la expansión del Universo. Por el contrario, la energía oscura acelera su expansión.
Una vez más, este número es solo una estimación aproximada. Cuando se usa para estimar la masa total del Universo, a menudo se queda corto de lo que predicen otras estimaciones. Y al final, lo que vemos es solo una fracción más pequeña del todo.
Tenemos muchos artículos relacionados con la cantidad de materia en el Universo aquí en la revista Space, como ¿Cuántas galaxias en el Universo y Cuántas estrellas hay en la Vía Láctea?
La NASA también tiene los siguientes artículos sobre el universo, como ¿Cuántas galaxias hay? y este artículo sobre las estrellas en nuestra galaxia.
También tenemos episodios de podcasts de Astronomy Cast sobre el tema de Galaxias y estrellas variables.
