Tamainaz eskerga da unibertsoa, segur aski infinitua, baina adin mugatua du, ez da betidanik existitu; azken neurketen arabera, 13.700 milioi urte inguru izango lituzke. Ez du beti izan gaur egun duen itxura, eta etorkizunean ere aldatu egingo da. Eboluzio horren elementu garrantzitsuenetako bat hedapena da. Unibertsoa, bada, ez da egonkorra, hedatu egiten da, espazio-denbora egitura hedatu egiten delako; hala, bertan dauden galaxia eta bestelako egiturak elkarrengandik urrunarazten ditu unibertsoak. Hala ere, hedapena oso eskala handian da nabarmena; eskala txikiagoan, grabitatearen eragina da nagusi, eta, adibidez, bilduta mantentzen ditu galaxia-kumuluak.

Unibertso behagarria

Unibertso behagarria zera da: gugan eragina izan dezakeen zein guk eragina izan dezakegun unibertsoaren esparrua. Unibertso behagarriaren gaur egungo itxuraren nahikoa ikuspegi osatua eskaintzen digu zientziak, nahiz, ikusiko dugunez, ikuspegi horren elementuetako batzuk, materia eta energia iluna kasu, erabat ezezagunak zaizkigun. Itxura horren deskribapena egiteko irizpidetzat hurbiltasuna erabiltzen badugu, lehenengo aipatu beharreko astroak eguzki-sistemakoak ditugu (Eguzki; eguzki-sistema). Sistema horretan, jakina, Eguzkia da nagusi; 1,99·1030 kg-ko masa du. Planeta guztien masen batura masa horren milarena baino pixka bat gehiago baino ez da: 2,7·1027 kg. Zortzi planetetatik handiena Jupiter da; hark biltzen du planeta guztien masaren % 71. Jupiterren diametro ekuatoriala 142.796 km-koa da, Lurrarena halako hamaika. Lurraren masa 5,97·1024 kg da, eta diametro ekuatoriala 12.756 km. Merkurio eta Artizarra izan ezik, beste planeta guztiek sateliteak dituzte, eta lau handienek, Jupiter, Saturno, Urano eta Neptunok, eraztunak ere bai. Marte eta Jupiter artean, asteroideak daude, 100.000 baino gehiago dira, eta handienak ehunka kilometroko diametroa dute. Gainera, aipatutako asteroide-gerrikotik kanpo, beste gorputz txiki eta kometa batzuk ere badira, eta azkenek Eguzkiaren inguruko orbita nahiko eszentrikoak egiten dituzte.

Batez beste, Lurra Eguzkitik 1,496·1011 m-ra dago. Distantzia horri unitate astronomiko (AU) deitzen zaio. Azken planeta, Neptuno, 30,1 AU-ra dago, baina eguzki-sistema ez da han bukatzen. Neptunoren orbitatik haratago, 50 AU arte (batzuen ustez, muga hori 100 AU-ra ere irits liteke) Kuiperren gerrikoa dago. Neurri batean, beste asteroide-gerriko moduko bat litzateke, baina han diren gorputzak ez dira denak harkaiztsuak; batzuk kometak dira, hots, izotzez eta hautsez osatutako gorputzak. Pluton, bera ere, Kuiperren gerrikokoa da, eta hura baino handiagoa den beste planeta nano bat ere aurkitu da inguruetan, Eris izenez ezagutzen dena. Uste denez, milaka eta milaka gorputz daude Kuiperren gerrikoan, hasi planeta nanoen tamaina dutenekin, eta kilometro gutxiko diametroa dutenetaraino .

Heliopausak eguzki-haizearen eragin-eremua mugatzen du. Bertan, Eguzkiak igorritako zatikiek eta izarrarteko ingurunekoek eragindako presioak berdinak dira, eta nahasi egiten dira. Eguzkiaren grabitatearen eragina, ordea, urrunago iristen da, eta Oorten hodeia ere bere eraginpean dago

Oorten hodeia askoz ere urrunago dago oraindik. Oskol esferikoaren itxura du, eta uste da barne-muga 20.000 AU-ra duela eta kanpo-muga 50.000 AU-ra edo gehiagora. Bertan, bilioika izotz-gorputz leudeke, ingurukoekin talka egin, orbita aldatu eta kometa gisa agertu izan direnak Eguzkiaren inguruan.

Orain arte aipatu ditugun gorputzak ez dira espazio erabat hutsean higitzen. Planeta arteko espazioa ez dago erabat hutsik. Eguzkia, argiaz gain, etengabe ari da zatiki kargatuak igortzen, elektroiak eta protoiak nagusiki, eguzki-haize deitzen dena, alegia. Zatiki horiek, izarrarteko materiak inguratzen duen burbuila elipsoidal antzekoa sortzen dute. Burbuila hori, heliosfera, Eguzkiarekin batera izarrartean higituz doanez, bere muga Eguzkitik gertuago dago haren higiduraren noranzkoan. Hortaz, Heliosferaren muga den heliopausa, 90 edo 120 AU-ra legoke Eguzkiaren aurreko aldetik.

Eguzki-sistematik kanpo, hurbilen dugun izarra 4,22 argi-urtera dago. Hiru izarrez osatutako Alpha Centauri sistemako C izarra da, eta Proxima Centauri izenaz ere ezagutzen da. Gutxi gorabehera, izar-sistemen hirutik bat anizkoitza da, hots, bi izarrez edo gehiagoz osatua; beste bi herenak izar bakunak dira. Inguruan planetak izatea ere ez dirudi oso arraroa denik: 2009ko abuztura arte, 353 planeta aurkitu dira 298 izarren inguruan; beraz, hainbat izarretan zenbait planeta aurkitu dira (izar).

Izarrak ez daude uniformeki sakabanatuta espazioan. Batzuek izar-kumuluak osatzen dituzte, irekiak zein globularrak, eta nolanahi ere, izar-kumuluak, izar-sistema txikiak (bitarrak eta abar) eta izar bakunak galaxia izeneko sistema erraldoietan biltzen dira (galaxia). Planeta arteko espazioa hutsik ez dagoela esan dugun bezala, galaxien izarrarteko espazioa ere izarrarteko materiaz beteta dagoela esan dezakegu, batez besteko kontzentrazioa oso txikia bada ere. Izarrarteko ingurune hori gasez (% 99) eta hautsez osatuta dago, eta ez dago uniformeki banatuta (izarrarteko ingurune). Tarteka, batezbestekoa baino askoz dentsitate handiagoa duten hodei erraldoietan bilduta aurkitzen dugu. Horien uzkurpenaren ondorioz sortzen dira izarrak, hain zuzen ere.

Voyager 1 eta 2 espazio-ontzien kokapena. Voyager espazio-ontziek bide luzea egin dute 1979an jaurti zirenetik. Voyager 1 Eguzkitik 111,054 AU-ra dago (2009ko irailaren 10ean), eta heliozorroan sartu da, izarrarteko gasa eta eguzki-haizea nahasten hasten diren ingurunean, hain zuzen (iturria: NASA/Walt Feimer)

Itxurari erreparatuz, galaxiak hiru motatan sailkatzen dira: kiribilak, eliptikoak eta irregularrak. Galaxia kiribilek disko zirkularren itxura dute, eta erdialdean gune esferiko bat izaten dute, erradioa diskoaren lodiera baino pixka bat handiagoa izaten duena. Diskoan forma kiribileko besoak izaten dituzte (horregatik izena), eta bertan izarren kontzentrazioa askoz ere handiagoa da besoen artean baino.

Galaxia eliptikoak elipsoide-itxura izaten dute, baina aldaera ugarirekin: ia esferikoak dira batzuk, eta lentikularrak, besteak. Galaxia horietan izarrarteko materia gutxiago izaten da kiribiletan baino, eta izarren kontzentrazioa handiagoa da.

Galaxia irregularrak, forma definitua ez dutenak, aurreko mota bietakoak baino askoz ere gutxiago dira, baita txikiagoak ere. Galaxia kiribilen masa Eguzkiarena halako mila eta bilioi baten artekoa da; galaxia eliptikoena, kiribilenen hamarrenaren eta hamarkoitzaren artekoa; eta irregularrena, kiribilena halako hamar eta ehun artekoa baino ez.

Eguzki-sistema Esne Bidea galaxia kiribil barradunean dago (Esne Bidea). Gure galaxia honek gutxienez 200.000 milioi izar dituela uste da, batzuen ustez 400.000 milioi izan baditzake ere. Galaxiaren diskoak gutxi gorabehera 50.000 argi-urteko erradioa du, eta eguzki-sistemaren erdigunetik 30.000 argi-urtera dago, Orion-Cygnus izeneko besoan.

Esne Bidea biratzen ari da, baina biraketa ez da gertatzen abiadura angeluar berarekin erdigunetik distantzia guztietara. Horrela balitz, besoak erradialki luzatuta mantenduko lirateke; baina kiribildu egiten dira, abiadura angeluarra erradioarekin txikiagotzen delako. Eguzkiak, adibidez, 210 ala 240 milioi urte behar ditu bira bat egiteko galaxiaren erdigunearen inguruan, kalkuluak egiteko erabiltzen dugun Eguzkiaren abiadura linealaren balioaren arabera: 250 km/s, balio onartua orain arte, edo 220 km/s, azken neurketa berri baten emaitza. Oro har, galaxiaren besoetan dauden izar eta izarrarteko hodeien abiadurak handiegiak dira galaxiak bere egiturari eutsi diezaion. Hau da, aipatutako abiadurak handiegiak dira, Esne Bidean ikusten dugun materiaren erakarpen grabitatorioak galaxia bilduta manten dezan. Beste modu betez esanda, galaxiak ikusten duguna baino materia askoz ere gehiago izan behar du, izarrak eta abarrak higitzen diren abiadurekin higitu eta espazioan zabaldu eta sakabana ez daitezen. Ikusten ez dugun balizko materia ikusezin horri materia ilun deitzen zaio, eta materia ikusgaiak baino askoz ere esparru zabalagoa beteko luke (materia ilun). Izan ere, esparru horren erradioak lehen aipatu dugun galaxia ikusgaiaren erradioa ia bikoiztu egingo luke. Arazo hori ez da gure galaxiaren arazoa bakarrik, beste galaxia batzuetan ere azaltzen da. Aurrerago ikusiko dugunez, materia ilunaren existentziaren beste zantzu batzuk ere badaude, eta unibertsoaren egitura eta eboluzioan garrantzi oso handiko elementua da.

Galaxiak ere elkarrengana biltzeko joera erakusten dute, eta galaxia-kumuluak eratuz biltzen dira. Txikienek hamarka galaxia izaten dituzte, eta galaxia-talde deitzen zaie. Esne Bidea horietako baten kide da, Talde Lokala deitzen denarena, hain zuzen ere. Uste denez, oraindik ez ditugu ezagutzen Talde Lokala osatzen duten galaxia guztiak, baina denera berrogeita hamarrera hurbil daitezkeela uste da, handienak gurea eta Andromeda galaxia dira, elkarrengandik 2 milioi argi-urtera edo pixka bat gehiagora daudenak. M33 ere galaxia kiribil nahiko handia da, beste guztiak galaxia nanoak dira, esferoidalak ala irregularrak. Galaxia nano horietako asko Esne Bidearen sateliteak dira; nabarmenenak Magallanesen hodeiak dira, baina hurbilena 2003an aurkitutako Canis Major galaxia nanoa da. Gure galaxiaren zentrotik 42.000 argi-urtera baino ez dago, beraz, galaxia bien arteko talka gertatzen ari dela esan daiteke, eta ez da kasu bakarra, beste hainbeste gertatzen ari da Sagittarius galaxia nanoarekin. Canis Major galaxia nanoa eguzki-sistematik 25.000 argi-urtera baino ez dago. Talde Lokala ia 5 milioi argi-urtean zabaltzen da espazioan.

Galaxia-kumuluak, bada, ehun galaxia ingurutik gora dituzten multzoak dira, eta milaka galaxia ere izan ditzakete. Azken horietakoa dugu gugandik 300 milioi argi-urtera dagoen Coma kumulua, espazioko 20 milioi argi-urtean hedatzen dena. Baina gugandik hurbilen dagoena, 50 milioi argi-urtera, Virgo kumulua dugu, aurrekoaren erdia tamainari dagokionean.

Galaxia-talde zein kumuluak ere elkarrekin biltzen dira, eta superkumuluak sortzen dituzte. Talde Lokala Superkumulu Lokalaren kide da. Azken horrek eite esferikoa duen halo mehe bat badu ere, bera osatzen duten galaxia-kumulu gehienak itxura zapaleko elipsoide batean daude. Elipsoide horren ardatz luzeena 100 milioi argi-urte ingurukoa da, bigarrena aurrekoaren bostena ala hamarrena litzateke, eta txikiena hiru milioi argi-urte ingurukoa. Virgo kumuluan du erdigunea, horregatik Virgo Superkumulua ere deitzen zaio. Talde Lokala, ordea, superkumuluaren ertz inguruetan dago, eta gutxienez ehun galaxia-kumulu badira Superkumulu Lokalean. Hala ere, superkumulu txikia eta kumulutan pobrea da. Batez beste, superkumuluek 100 milioi argi-urte baino esparru zabalagoak betetzen dituzte, eta bertako kumuluen arteko distantziak hamarka milioi argi-urtekoak izaten dira. Itxura ezberdina izaten dute, eta xafla- edo filamentu-itxurakoak ere badira. Superkumuluen tartean, eite esferikoa duten esparru huts izugarriak daude, oso galaxia gutxirekin. Esparru huts horien diametroak 50-200 milioi argi-urtekoak  izaten dira. Laburtuz, bada, unibertso behagarriaren itxura bitsaren antzekoa dela esan genezake. Burbuila huts handiak ditugu, eta, horien tarteetan, eite ezberdineko superkumuluak, filamentu eta antzeko egituren bitartez lotuak.

Galaxiak galaxia-taldetan eta galaxia-kumulutan biltzen dira, eta horiek, superkumulutan. Irudian, Superkumulu Lokala eta haren inguruan diren Fornax eta Eridanus kumuluak ikus daitezke. Esne Bidea, Talde Lokalaren parte dena, irudiaren erdian agertzen da, behaketak hortik egin direlako, noski; baina, Superkumulu Lokalaren erdigunea ez da gure galaxia, eskuinalderago ikus daitekeen Virgo kumulua baizik. Talde Lokala, bada, Superkumulu Lokalaren ertzean dago

Oraindik beste osagai bat aipatu beharrean gaude unibertso behagarriaren deskribapenean: hondoko mikrouhin-erradiazioa. Erradiazio hori Big Bangaren teoriak proposatzen duen unibertsoaren sorrera-uneko leherketa handiaren hondakina da, eta, beraz, espazio osoa betetzen du, eta alde guztietatik iristen zaigu intentsitate berarekin (isotropia handia erakusten du). Unibertsoa eboluzionatu eta hedatu ahala, hondoko erradiazio hori hoztuz joan da, eta gaur egun 2,73 K-ra legokeen gorputz beltzaren igorpenaren itxura du (hondoko mikrouhin-erradiazio).

Lehenago aipatu dugun galaxien biraketa-kurbaren kasuan bezala, galaxiek galaxia-kumuluetan dituzten abiadura orbitalek, galaxia-kumuluek eragindako lente grabitatorio efektua haien atzealdean dauden objektuekiko, galaxia eta galaxia-kumuluetako gas beroaren tenperaturaren banaketak eta beste fenomeno batzuek ikusezin gertatzen zaigun materiaren beharra erakusten dute. Bestalde, hondoko mikrouhin-erradiazioaren anisotropia txikiak gaur egun behatzen ditugun galaxia eta bestelako egitura handiagoekin bateragarriak izan daitezen, ikusten dena baino askoz ere materia gehiago behar dela aurresaten du teoriak. Harrigarria bada ere, kalkuluek erakusten dutenez, unibertso behagarrian, behatzen ez dugun materia iluna da nagusi: unibertsoan den materiaren % 90 edo agian gehiago ikusezina da.

Ikusezintasunaren arrazoiak bi dira: materia horrek igorritako erradiazio elektromagnetikoa ahula izatea edo batere ez izatea eta materia arruntarekiko elkarrekintza oso ahula edo hutsa izatea. Zalantzarik gabe, materia ilun horren zati bat izarren hondakin ilunak, izar ahulak eta antzeko astroak eta izarrarteko materia arruntez osatutako multzoak izan daitezke; baina, berriz ere, egungo teoriek emaitza bitxia eskaintzen digute: gehienez ere, materia ilunaren % 20 baino ez da barionikoa, hots, protoi eta neutroiz osatutako materia arrunta; beste guztia neutrinoz eta beste zatiki hipotetiko eta exotiko batzuez osatuta legoke, arazo hori oraindik erabat irekia badago ere.

Unibertsoaren hedapena. Energia iluna

Aurreko mendeko hirugarren hamarkadaren bukaeran, E. P. Hubble astronomoak frogatu zuen, urruneko hainbat galaxiatarainoko distantzia eta haien abiadura neurtuz, abiadurak distantziarekiko proportzionalak zirela. Urruntze sistematiko horrek agerian jarri zuen unibertsoa hedatzen ari dela. Esan behar da, dena den, hedapen hori ez dela gertatzen galaxiak espazioan elkarrengandik urrunduz higitzen direlako. Espazio-denbora da hedatzen dena, eta galaxia bakoitzak, ingurukoen grabitatearen eraginpean, bere higidura propioa du.

Unibertsoaren xafla bat denboran zehar nola hedatzen den erakusten da irudian. Bertan agertzen diren galaxiek higidura lokal propioak dituzte. Hedapena ez da gertatzen galaxion abiadura propioak elkarrekiko urruntzaileak direlako, tarteko espazioa hedatzen delako baizik

Arazo zaila da Hubbleren lege horren proportzionaltasun konstantearen balioa neurtzea, eta 50 eta 80 km·s-1 ·Mpr balioak proposatu dira. Oso gai eztabaidatua izan da, halaber, Hubbleren konstantea deitu ohi den hori benetan konstantea den ala unibertsoaren historian zehar aldatu den. Gaur egun, ia zalantzarik gabe onartzen da hedapena azeleratzen ari dela. Azelerazio hori energia ilun deiturikoak eragina izango litzateke. Gaur egun, ezer gutxi dakigu energia ilun horren izaeraz: antigrabitate moduko indar alderatzailea izan liteke ala konstante kosmologiko deitu ohi dena, hots, espazio-denbora hutsaren energia.

Azken balioespenen arabera, energia iluna unibertsoaren masa-energiaren % 72 inguru izango litzateke, materia iluna, % 24 eta materia arrunta, % 4 baino ez.

Printzipio kosmologikoa

Orain artean, unibertso behagarriaz aritu gara. Behaketa astronomikoek, hala ere, unibertsoa bere osotasunean itxura berekoa dela pentsatzera garamatzate. Ehunka milioi argi-urteko esparruak aztertuta, esan daiteke materia ikusgaiaren batez besteko banaketa homogeneoa dela. Materia ikusgai ber hori isotropikoki banatuta dago, hots, norabide guztietan ikuspegi bera behatzen dugu; ez dago norabiderik besteetatik nabarmentzen denik edo ezaugarri berezirik agertzen duenik. Beste horrenbeste esan dezakegu lehenago ere aipatutako hondoko mikrouhin-erradiazioaz, isotropikoa da hamar milarenaren mailaraino.

Unibertsoa homogeneoa eta isotropoa den hipotesiari printzipio kosmologiko deitzen zaio, eta, esan bezala, behaketetan oinarritzen da. Era berean, ez da inolako arrazoirik pentsatzeko unibertso behagarriaz kanpoko unibertsoaren eskualdean espazio-denbora, materiaren banaketa ala lege fisikoak ezberdinak izan litezkeela. Beraz, unibertso guztiak unibertso behagarriaren ezaugarriak partekatzen dituela uste da.

Big Bangaren teoria. Unibertsoaren eboluzioa

Bigarren atalean esan dugunez, ez dugu ezagutzen unibertsoaren osagaien % 96 zertaz egina den; hala ere, materia ikusgaiaren banaketa aztertuta, materia eta energia ilunaren existentzia ondorioztatu dugu, eta unibertsoaren ikuspegi nahiko osatua egin dugu. Gainera, unibertsoa hedatzen ari dela ere jakin ahal izan dugu, eta azken horrek beste ondorio garrantzitsu batera garamatza. Hedapenari atzeraka eragingo bagenio, unibertso behagarria uzkurtu egingo litzateke espazio-denboran, eta bertan den guztia dentsitate eta tenperatura izugarriko egoera batera eramango luke. Big Bangaren teoriaren arabera, egoera hori izango litzateke, hain zuzen ere, gaur egun ikusten dugun unibertsoaren hasiera.

Ez ditugu oraindik ezagutzen hasiera-hasierako uneen gorabeherak, 10-43 s unearen aurrekoak. Orduan, naturaren lau indar oinarrizkoak (grabitatea, nuklear ahula eta bortitza eta elektromagnetikoa) bat eginda zeuden, eta ez dugu egoera hori deskribatzeko teoria egokirik. Beraz, ezin dugu esan nola hasi izen hedapena, alegia, nola gertatu zen Big Bang deitu ohi den leherketa handia; baina ondorengo historiaren lerro nagusiak nahiko ondo ezagutzen ditugula esan daiteke.

Badakigu 10-30 s aurretik hedapenak izugarri abiadura handian gertatu behar izan zuela. Inflazio-garai deritzon horrek 10-35 s baino ez zuen iraun, baina orduan sortu zen espazio-denborak sobera hartzen du bere barne gaur egungo gure unibertso behagarria, hedapen-tasa 1050 izan zelako.

Tenperatura eta dentsitate izugarriko egoera horretan, lehenengo segundoan zehar gutxi gorabehera, protoiak eta neutroiak sortu ziren. Fotoien talken ondorioz, beren energia masa bihurtuz, lau indarrak ere bereizi egin ziren, eta tenperatura 10.000 milioi graduraino jaitsi zen. Hirugarren minutua bete orduko, tenperatura 1.000 milioi gradura jaitsi zen, eta protoi eta neutroiek elementu arinenen nukleoak sortu zituzten, batez ere helioa. Hurrengo urrats garrantzitsua tenperatura 3.000 K-eraino jaitsi zenean gertatu zen, Big Banga gertatu eta 300.000 urtera. Ordutik aurrera, elektroiak aurrez sortutako nukleoekin elkartu ahal izan ziren, eta pixkanaka atomoak sortu zituzten. Orduan sortu zen hondoko mikrouhin-erradiazioa. Ondoren, unibertsoak hozten eta hedatzen segitu zuen, erradiazioaren eragina oso txikia zen, eta grabitate-indarra nagusitu zen. Galaxia eta izarren eraketa ez zen hasi 1.000 milioi urte pasa arte, eta, ondoren, unibertsoak gorago deskribatu dugun itxura hartu arte eboluzionatu du.

Azken galdera garrantzitsu bat dugu oraindik erantzuteko. Unibertsoa irekia da eta betirako segituko du hedatzen, ala itxia da eta hedapena geratu eta uzkurtzen hasiko da? Badirudi unibertsoan den materia (ikusgaia eta iluna) ez dela nahikoa hedapena gerarazteko; izan ere, horretarako beharrezkoa denaren laurdena baino ez litzateke. Erabakigarria izango litzateke, hortaz, energia iluna. Haren izaera konstante kosmologikoa bada, unibertsoak betirako segituko du hedatzen, dentsitatea gutxituz joango da, izarrak itzaltzen joango dira, eta unibertsoa leku hotz eta ilun bihurtuko da. Energia ilunaren izaera bestelakoa bada, baliteke hedapena geraraztea eta unibertsoa uzkurtzen hastea (Big Bang).