HI

La temperatura del Universo (I)

A menudo nos preguntan cuál es la temperatura más alta o más baja del Universo. Con esta entrada, dividida en dos entregas, trataremos de explicarlo.

En ciencia, como muchos ya sabéis, utilizamos la escala de temperatura Kelvin, donde la temperatura mínima corresponde al cero absoluto. En física identificamos la temperatura con la velocidad con las que las partículas se mueven, así el cero absoluto correspondería a un estado en el que las partículas no tienen ningún movimiento. En un gas las partículas se mueven libremente, con mucha velocidad, por eso a altas temperaturas la materia está en estado gaseoso. El un líquido las partículas tienen menos libertad, y por tanto menos temperatura, y en estado sólido las partículas se limitan a vibrar en torno a una posición. Cuanto menor es la temperatura, menos vibrarán hasta que en el cero absoluto estarían completamente quietas.

Velocidades de los sólidos, líquidos y gases.

Movimiento de los sólidos, líquidos y gases.

Kelvin, en 1848, dedujo teóricamente que la temperatura de este cero absoluto debía ser -273,15ºC, y dicho mínimo sido corroborado posteriormente en docenas de experimentos.

Por otro lado, el Tercer principio de la termodinámica establecido por Nernst en 1912, nos dice que el cero absoluto, estado en el que las partículas no tendrían ningún movimiento, es inalcanzable. Por tanto empezaremos nuestro recorrido desde lo más frio a lo más caliente desde este cero absoluto.

 0K-10K

Como ya hemos dicho el cero absoluto es inalcanzable, pero ¿cuál es la mínima temperatura alcanzada? En el Universo, la temperatura más baja, la de las regiones del espacio menos densas es de 2,73K, sin embargo nosotros en la Tierra hemos podido realizar experimentos para conseguir temperaturas más bajas. En este momento la temperatura más baja alcanzada ha sido de 5·10-5K, obtenida en laboratorios del MIT (Massachusetts Institute of Technology).

CMB

Las medidas del CMB (fondo cósmico de microondas), nos indican que la temperatura del Universo es de 2,73K.

10k-100K

Entre las estrellas y galaxias, en el medio interestelar, hay regiones de nubes de hidrógeno más o menos densas. El hidrógeno es el elemento más abundante en el Universo suponiendo aproximadamente un 75% de toda la materia, así que, aunque probablemente haya otros elementos en esas nubes, las llamamos nubes de hidrógeno. Así tenemos las regiones de hidrógeno molecular, con unas temperaturas típicas de 10K a 20K y las regiones de hidrógeno atómico o HI con unas temperaturas de entre 50K y 100K. Son regiones de muy baja densidad pero inmensas, que pueden llegar a tener una extensión de 150 años luz. Es decir un rayo de luz tardaría 150 años en recorrer la nube entera.

Nube molecular de Taurus. Se caracterizan por su color oscuro.

Nube molecular de Taurus. Se caracterizan por su color oscuro ya que por su baja temperatura, no emiten luz.

100K-1000K

Como sabéis la temperatura media de la Tierra es de 287,2K (14,05 °C). La temperatura más baja registrada en el planeta fue en la Antártida el 10 de agosto de 2010, de 179,95K  (-93,2ºC) y la más alta registrada fue en 1913 en Death Valley en California de 329,85K (56,7ºC). Sin embargo vosotros todos los días calentáis el agua o la leche a temperaturas más altas. La temperatura a la que hierve el agua es 373,15K. La temperatura a la que se quema el papel es de 506K y la temperatura a la que trabajan en las fundiciones de acero es de unos 1.700K.

death Valley, California. El lugar más caliente de la superficie terrestre.

Death Valley, California. El lugar más caliente de la superficie terrestre, 329,85K (56,7ºC).

Pero veamos las temperaturas de las superficies de otros planetas: Mercurio, el planeta más próximo al Sol tiene una temperatura superficial que oscila entre los 100K por la noche y los 650K por el día. Venus, al tener una atmósfera delgada, puede permitir que su temperatura no descienda tanto durante las noches, quedándose en 228K de mínima y 773K de máxima. Conforme nos vamos alejando del Sol las temperaturas de las superficies de los planetas va disminuyendo, así Marte oscila entre los 186 y los 266K, Júpiter entre los 110K y los 198K, y ya Urano y Neptuno tendrían temperaturas superficiales de alrededor de 50K

Mars Rover

Imagen de la superficie de Marte tomada por el Mars Exploration Rover. Marte tiene una temperatura que oscila entre los 186 y los 266K (entre -87,15ºC y -7,15ºC).

1000K-5000K

El interior de la Tierra está mucho más caliente que la superficie. La lava que sale de los volcanes, por ejemplo, se encuentra a una temperatura de entre 950 y 1.500K. Pero si profundizamos en el interior la temperatura puede llegar a los 7.000K. El diamante se funde a 3.823K, es decir a esas temperaturas todas las rocas están ya derretidas.

Rio de lava en Hawaii.

Río de lava en Hawaii.

Alejémonos ya de la Tierra y busquemos en el Universo. Las enanas marrones son objetos subestelares, es decir no han tenido la suficiente masa como para ser capaces de iniciar la fusión del hidrógeno en su interior, y por tanto no han conseguido convertirse en estrellas. Estos objetos tienen unas temperaturas superficiales características de entre 600K y 2.000K.

Gilese 229B, es una de las enanas marrones más frías que se conocen, con una temperatura de unos 600K.

Gilese 229B (pequeña), es una de las enanas marrones más frías que se conocen, con una temperatura de unos 600K.

Las estrellas de carbono por otro lado, son una fase tardía de estrellas de tamaño medio. Su principal característica es la de tener más carbono que oxigeno en su atmósfera y esto hace que sea más fría de lo habitual, con temperaturas desde los 3.100 hasta los 5.000K.

Estrella de carbono RS Cygni.

Estrella de carbono RS Cygni.

Las enanas rojas son estrellas frías, de alrededor de 4.000k, con masas bastante menores que las del Sol. Son muy poco luminosas (10 veces menos luminosas que el Sol), y aunque son muy abundantes se necesitan buenos telescopios para observarlas. Se trata de estrellas de tipo M o K tardío. La clasificación espectral de estrellas, que ya explicaremos más adelante con detalle, clasifica las estrellas como tipo O,B,A,N,G,K o M siendo las tipo O las más calientes y las tipo M las más frías.

Kepler 2 suns1

Simulación artística de los tamaños que tendrían un planeta gigante como Júpiter (en oscuro), con una enana roja y el Sol.

La superficie del Sol tiene una temperatura de 5.778 K, aunque en su interior puede llegar a los 10 millones de Kelvin. Las temperaturas de las estrellas las trataremos en la segunda entrega de La temperatura del Universo.