Context
A partir de la pols inicial provinent del Big Bang més la provinent de l’explosió d’estrelles de la primera generació i també de segona generació, es van anar formant nous objectes estel·lars i galàctics en diferents llocs responent a la força gravitatòria de la matèria. Potser hi ha 25 x 1010 galàxies en l’univers conegut que podríem arribar a veure, amb una mitjana de 15 x 1010 estrelles per galàxia. La galàxia on estem, la Via Làctia, es va formar fa 13 x 109 anys i és com la majoria, del tipus espiral, plana i de mida mitjana, amb 20 x 1010 estrelles i 5 x 1010 planetes. Potser es forma una estrella nova cada any. Actualment, les galàxies solament ocupen menys d’una dècima part del volum total de l’univers conegut. La resta de l’espai està parcialment buit o ocupat per matèria i energia fosca de naturalesa desconeguda, inferides però a partir del tractament matemàtic de les dades observacionals.
La matèria fosca és hipotètica encara, de composició desconeguda, que no interacciona amb els fotons, amb la radiació electromagnètica, però la seva presència es pot inferir a partir dels efectes gravitatoris sobre les galàxies com per exemple algunes anomalies en la rotació galàctica. El concepte de matèria fosca s’introdueix perquè la gravetat observable és més forta de la que pot produir la matèria visible, per exemple, per explicar la peculiar velocitat de rotació de les estrelles situades a distàncies diferents del centre de la seva galàxia. La velocitat hauria de disminuir amb la distància al centre, però s’observa que es manté aproximadament constant indicant que hi ha molta més massa.
Aquesta matèria fosca, hauria de ser molt més abundant que la matèria visible directament observable. Algunes observacions i càlculs fan pensar que el 4% podria ser matèria visible, el 24% seria matèria fosca i el restant 72% seria la també hipotètica energia fosca. L’energia fosca és una forma també hipotètica d’energia, ubiqua en tot l’espai (un camp d’energia) capaç de produir un efecte antigravitacional repulsiu que podria explicar l’observada expansió accelerada de l’univers, així com explicar la major part de la seva massa. El concepte d’energia fosca s’introdueix perquè l’univers s’està expandint cada vegada més ràpidament, no més lentament, cosa que pot implicar una acceleració de l’expansió, no una desacceleració. Això últim és el que ocorre amb la gravetat ordinària de la matèria que tendeix sempre a frenar l’expansió i promoure, per exemple, l’agregació i formació d’estrelles i planetes.
Dintre de galàxies i fora hi ha grans espais aparentment buits, sense estrelles, d’aspecte fosc. Aquests núvols moleculars o foscos, anomenats Nebuloses (perquè no deixen passar la llum, però si les ones de ràdio que poden arribar a nosaltres), estan formats per hidrogen molecular, pols i gasos amb monòxid de carboni i amoníac entre d’altres. Les nebuloses són llocs de formació d’estrelles noves quan una “petita” condensació forma un nucli, una agrupació d’aproximadament 3 x 104 partícules/per centímetre cúbic. Si aquesta condensació continua creixent i comprimint-se perquè predomina l’atracció gravitatòria entre les partícules (per petita que sigui) per sobre de la pressió d’expansió del gas cada vegada més comprimit i calent pel procés gravitatori, aquest nucli col·lapsa formant una protoestrella. Una part del material, però, conserva el moviment de gir del nucli, s’aplana i forma un disc perifèric protoplanetari que, amb la condensació en algunes zones discretes, formarà planetes. A una estrella li pot costar solament 10 milions d’anys encendres per fusió del seu hidrogen comprimit.
El nostre sistema solar, havent seguit un procés com aquest, sembla tenir una edat de 5 x 109 anys, havent-se format uns 9 x 109 anys després del Big Bang. És una estrella de generació tardana dintre de la Via Làctia en una nebulosa que incorporaria restes de generacions d’estrelles primigènies.
La formació del sistema solar va començar fa uns 4600 milions d’anys amb el col·lapse gravitacional d’un núvol molecular. La major part de la massa quedaria en el centre formant el Sol i la resta, aplanada, formaria un disc protoplanetari .
Figura 6. Disc protoplanetari en els inicis de la formació del sistema solar. Imatge de ChatGPT.
El núvol molecular inicial, estaria a l’abast d’alguna supernova pròxima, perquè molts elements presents en el sistema solar (com el ferro) solament es formen (com hem vist en un capítol anterior) en els nuclis d’estrelles molt grans que exploten. Potser l’ona de xoc d’aquesta o aquestes supernoves va produir regions de compressió i sobredensitat en la nebulosa circumdant, causant el seu col·lapse gravitacional. La composició del núvol seria més o menys la del Sol actual amb un 98% d’hidrogen i heli present des del Big bang, i un 2% d’elements provinents de la nucleosíntesi en generacions anteriors de les estrelles esdevingudes supernoves.
La formació començaria quan les forces de la gravetat i la rotació s’imposarien a la pressió d’expansió del gas amb el resultat d’una protoestrella calent i densa en el centre, envoltada pel disc aplanat protoplanetari. 100 milions d’anys després, la temperatura i la pressió en el nucli afavoriren la fusió de l’hidrogen produint l’energia que va contrarestar la força de la contracció gravitacional fins a l’equilibri contracció-expansió. En aquest punt, el Sol es va tornar una nova estrella. Els planetes van començar com a grans de pols en òrbita al voltant de la protoestrella central, i amb el contacte directe entre grups que col·lidien varen formar cossos més grans (planetesimals) durant els següents pocs milions d’anys.
Les zones centrals més properes a la protoestrella, a la nova estrella ja, eren massa càlides per permetre la condensació de molècules volàtils com les de l’aigua i així aquí quedarien els components amb alts punts de fusió, com els silicats i metalls formant cossos rocosos que esdevingueren els planetes interiors rocosos, terrestres.