viernes, 15 de noviembre de 2013
¿Qué es la cosmología?
Por motivos de presentación de un trabajo final, en un e-portfolio grupal, daremos más información acerca del Big-Bang. Los Galáxticos.
Es el estudio del universo en su conjunto, en el que se incluyen teorías sobre su origen, su evolución, su estructura a gran escala y su futuro. La palabra viene del término “cosmo” que significa orden y “logos” estudio. Estudia al universo o cosmos en gran escala, su origen, historia y desarrollo, además del porqué y cómo la humanidad tiene un sitio en él. Sus inicios son meramente filosóficos y religiosos. De hecho son éstas las primeras ramas de esta ciencia que se desarrollan. La cosmología filosófica trata básicamente de establecer el orden de las cosas y el lugar que ocupa el hombre en ellas.
B-Toda gran teoría no solo da cuenta de los fenómenos que teorías previas fracasan en explicar una nueva teoría debe predecir nuevos fenómenos que luego sean ratificados por la observación. La teoría de la relatividad de Einstein cumplió con estos requisitos. Esta teoría imagina el espacio-tiempo como una entidad de formable y dinámica. El espacio que contiene a la materia deja ya de ser inerte a esta materia y se ve modificado por ella. Para Einstein la fuerza gravitacional que Newton imaginara entre distintos cuerpos masivos ya no tienen razón de ser y es abolida. Einstein imagina la gravitación como un efecto geométrico. La materia hace curvar al espacio que la contiene, esto modifica las propiedades geométricas del espacio y lo hace siguiendo las indicaciones escritas en las ecuaciones de la relatividad general.
El tiempo también se ve afectado y su fluir se modifica en cercanías de campos gravitacionales intensos. Los planetas, siguen orbitas keplerianas porque la gran masa del astro curvo el espacio que lo rodea y los planetas recorren sus caminos sobre un espacio curvo.
Pero si es verdad que la fuerza de Newton ya no existe más y que la atracción gravitacional se debe a la curvatura del espacio, entonces esta curvatura afectara no solo los objetos con masas, sino también a toda entidad que se desplace en los alrededores del sol, incluso a los corpúsculos de la luz.
El Big Bang
B-Toda gran teoría no solo da cuenta de los fenómenos que teorías previas fracasan en explicar una nueva teoría debe predecir nuevos fenómenos que luego sean ratificados por la observación. La teoría de la relatividad de Einstein cumplió con estos requisitos. Esta teoría imagina el espacio-tiempo como una entidad de formable y dinámica. El espacio que contiene a la materia deja ya de ser inerte a esta materia y se ve modificado por ella. Para Einstein la fuerza gravitacional que Newton imaginara entre distintos cuerpos masivos ya no tienen razón de ser y es abolida. Einstein imagina la gravitación como un efecto geométrico. La materia hace curvar al espacio que la contiene, esto modifica las propiedades geométricas del espacio y lo hace siguiendo las indicaciones escritas en las ecuaciones de la relatividad general.
El tiempo también se ve afectado y su fluir se modifica en cercanías de campos gravitacionales intensos. Los planetas, siguen orbitas keplerianas porque la gran masa del astro curvo el espacio que lo rodea y los planetas recorren sus caminos sobre un espacio curvo.
Pero si es verdad que la fuerza de Newton ya no existe más y que la atracción gravitacional se debe a la curvatura del espacio, entonces esta curvatura afectara no solo los objetos con masas, sino también a toda entidad que se desplace en los alrededores del sol, incluso a los corpúsculos de la luz.
El Big Bang
Literalmente un gran estallido, constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo. La materia, hasta ese momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado "explota" generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.
Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie. Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.
En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.
Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie. Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.
En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.
Por motivos de presentación de un trabajo final, en un e-portfolio grupal, daremos más información acerca del Big-Bang. Los Galáxticos.
Modelo inflacionario
Según la teoría tradicional de la gran explosión, nuestro universo comenzó hace 13.700 millones de años ocupando un volumen infinitesimal y lleno de una densidad divergente de materia y energía. Ese estado inicial se corresponde con lo que los matemáticos denominan una singularidad: uno que marcaría la ruptura de las leyes conocidas de la física.
Con el objetivo de solucionar algunos de los problemas asociados a esa descripción, hace unos treinta años nació la teoría de la inflación cosmológica. Esta postula que, durante sus primeros instantes, el universo experimentó una expansión descomunal: en apenas una fracción de segundo, cada dirección del espacio habría aumentado sus dimensiones en un factor de, al menos, 1026. Después, la expansión cósmica habría continuado al ritmo mucho más moderado predicho por la teoría original de la gran explosión. En cierto sentido, podemos decir que la teoría inflacionaria resuelve parcialmente la singularidad inicial de la teoría de la gran explosión.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC)
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es el mayor acelerador de partículas del mundo. En este experimento, los físicos del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) hacen chocar entre sí partículas subatómicas (principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE). Estos registran las partículas resultantes de las colisiones para estudiar los elementos que componen la materia de la que está hecha el Universo, incluidos nosotros mismos, y sus interacciones.
Situado en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra, el LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra. Es una de las máquinas más complejas construida nunca: sus 9.300 imanes superconductores, fundamentales para hacer girar los haces de partículas a velocidades cercanas a las de la luz, deben refrigerarse a una temperatura inferior a la del espacio exterior (-270 grados centígrados, cerca del cero absoluto); el interior del anillo es el lugar más vacío del Sistema Solar (10-13 atmósferas) para evitar que las partículas colisionen con moléculas de gas; y cuando las partículas colisionan entre sí se generan temperaturas 100.000 veces más calientes que el interior del Sol.
Tras su inauguración en 2008, elLHC comenzó su actual periodo de funcionamiento a finales de 2009. A finales de marzo de 2010 alcanzó los 7 teraelectronvoltios (TeV) de energía de colisión entre partículas, la mayor registrada en un experimento de este tipo. A partir de 2013 alcanzará progresivamente la energía de colisión para la que está diseñado, 14 TeV, y se mantendra operativo durante al menos 15 años. Durante ese periodo los científicos esperan obtener datos suficientes para profundizar en el conocimiento del origen y formación del Universo, así como resolver el enigma del origen de la masa mediante la búsqueda del llamado bosón de Higgs, la pieza que falta por descubrir en el Modelo Estándar de Física de Partículas.
La teoría de cuerdas
Según la teoría tradicional de la gran explosión, nuestro universo comenzó hace 13.700 millones de años ocupando un volumen infinitesimal y lleno de una densidad divergente de materia y energía. Ese estado inicial se corresponde con lo que los matemáticos denominan una singularidad: uno que marcaría la ruptura de las leyes conocidas de la física.
Con el objetivo de solucionar algunos de los problemas asociados a esa descripción, hace unos treinta años nació la teoría de la inflación cosmológica. Esta postula que, durante sus primeros instantes, el universo experimentó una expansión descomunal: en apenas una fracción de segundo, cada dirección del espacio habría aumentado sus dimensiones en un factor de, al menos, 1026. Después, la expansión cósmica habría continuado al ritmo mucho más moderado predicho por la teoría original de la gran explosión. En cierto sentido, podemos decir que la teoría inflacionaria resuelve parcialmente la singularidad inicial de la teoría de la gran explosión.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC)
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es el mayor acelerador de partículas del mundo. En este experimento, los físicos del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) hacen chocar entre sí partículas subatómicas (principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE). Estos registran las partículas resultantes de las colisiones para estudiar los elementos que componen la materia de la que está hecha el Universo, incluidos nosotros mismos, y sus interacciones.
Situado en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra, el LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra. Es una de las máquinas más complejas construida nunca: sus 9.300 imanes superconductores, fundamentales para hacer girar los haces de partículas a velocidades cercanas a las de la luz, deben refrigerarse a una temperatura inferior a la del espacio exterior (-270 grados centígrados, cerca del cero absoluto); el interior del anillo es el lugar más vacío del Sistema Solar (10-13 atmósferas) para evitar que las partículas colisionen con moléculas de gas; y cuando las partículas colisionan entre sí se generan temperaturas 100.000 veces más calientes que el interior del Sol.
Tras su inauguración en 2008, elLHC comenzó su actual periodo de funcionamiento a finales de 2009. A finales de marzo de 2010 alcanzó los 7 teraelectronvoltios (TeV) de energía de colisión entre partículas, la mayor registrada en un experimento de este tipo. A partir de 2013 alcanzará progresivamente la energía de colisión para la que está diseñado, 14 TeV, y se mantendra operativo durante al menos 15 años. Durante ese periodo los científicos esperan obtener datos suficientes para profundizar en el conocimiento del origen y formación del Universo, así como resolver el enigma del origen de la masa mediante la búsqueda del llamado bosón de Higgs, la pieza que falta por descubrir en el Modelo Estándar de Física de Partículas.
La teoría de cuerdas
La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".
De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.
De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.
Nuestra galaxia, La vía láctea.
La Vía Láctea, también llamada Camino de Santiago, puede observarse a simple vista como una banda de luz que recorre el firmamento nocturno, que Demócrito ya atribuyó a un conjunto de estrellas innumerables tan cercanas entre sí que resultan indistinguibles. En 1610 Galileo, usando por primera vez el telescopio, confirmó la observación de Demócrito. Hacia 1773 Herschel, contando las estrellas que observaba en el firmamento, construyó una imagen de la Via Láctea como un disco estelar dentro del cual la Tierra se encuentra inmersa, pero no pudo calcular su tamaño. En 1912 la astrónoma H. Leavitt descubrió la relación entre el periodo y la luminosidad de las estrellas llamadas variables cefeidas, lo que le permitió medir las distancias de los cúmulos globulares.
Varios años después Shapley demostró que los cúmulos están distribuidos con estructura más o menos esférica alrededor del centro del disco, en lo que denominó el halo galáctico. También mostró que éste no está centrado en el Sol, sino en un punto distante del disco en la dirección de la constelación de Sagitario, donde situó correctamente el centro de la galaxia.
Esta estructura quedó confirmada cuando se observó desde el observatorio de Monte Wilson en California que el objeto espiral llamado Andrómeda estaba constituido por estrellas individuales y no era una mera nebulosa de gas como hasta entonces se creía. Hacia 1930 Trumpler descubrió el efecto de oscurecimiento galáctico producido por el polvo interestelar, con lo que se logró corregir tanto el tamaño de la Galaxia como la distancia a la que se encuentra el Sol a los valores hoy en día aceptados. De acuerdo con estos datos, el sistema Solar se encuentra a una distancia entre 8.000 y 10.000 parsecs de distancia del centro galáctico, aproximadamente a dos tercios de distancia.
Todas las estrellas que componen la Vía láctea están rotando alrededor del núcleo, que se cree que puede contar en su interior con un agujero negro. Las observaciones astronómicas referidas a galaxias distantes muestran que la velocidad de rotación del Sol alrededor de la galaxia es de unos 250 km/s, empleando aproximadamente 250 millones de años en realizar una revolución completa. Las estrellas próximas al Sol realizan una órbita relativamente parecida, pero las más cercanas al centro de la galaxia giran más rápido, hecho que se conoce como rotación diferencial.
Características de una estrella
En sentido general, una estrella es todo objeto astronómico que brilla con luz propia; mientras que en términos más técnicos y precisos podría decirse que se trata de una esfera de plasma que mantiene su forma gracias a un equilibrio hidrostático de fuerzas. El equilibrio se produce esencialmente entre la fuerza de gravedad, que empuja la materia hacia el centro de la estrella, y la presión que ejerce el plasma hacia fuera, que, tal como sucede en un gas, tiende a expandirlo. La presión hacia fuera depende de la temperatura, que en un caso típico como el del Sol se mantiene con la energía producida en el interior de la estrella. Este equilibrio seguirá esencialmente igual en la medida de que la estrella mantenga el mismo ritmo de producción energética. Sin embargo, este ritmo cambia a lo largo del tiempo, generando variaciones en las propiedades físicas globales del astro que constituyen la evolución de la estrella.
En sentido general, una estrella es todo objeto astronómico que brilla con luz propia; mientras que en términos más técnicos y precisos podría decirse que se trata de una esfera de plasma que mantiene su forma gracias a un equilibrio hidrostático de fuerzas. El equilibrio se produce esencialmente entre la fuerza de gravedad, que empuja la materia hacia el centro de la estrella, y la presión que ejerce el plasma hacia fuera, que, tal como sucede en un gas, tiende a expandirlo. La presión hacia fuera depende de la temperatura, que en un caso típico como el del Sol se mantiene con la energía producida en el interior de la estrella. Este equilibrio seguirá esencialmente igual en la medida de que la estrella mantenga el mismo ritmo de producción energética. Sin embargo, este ritmo cambia a lo largo del tiempo, generando variaciones en las propiedades físicas globales del astro que constituyen la evolución de la estrella.
viernes, 8 de noviembre de 2013
NUESTRO UNIVERSO
¿Qué es una estrella?
Las estrellas son esferas de gas con luz propia cuya energía resulta de transmutaciones nucleares en su interior, y que es emitida al espacio en forma de radiación. Del estudio del haz luminoso que nos llega de las estrellas obtenemos información sobre algunas de sus características físicas: temperatura, radio, composición química, si la radiación emitida es constante o variable, si el radio de la estrella se mantiene estable o eventualmente varía de tamaño, etc. Si la estrella forma parte de un sistema doble podemos determinar además su masa, y si eventualmente pertenece a un cúmulo estelar, podremos estimar su edad, o sea el tiempo transcurrido desde que se formó.
Agrupaciones estelares.
Los cúmulos globulares son cúmulos muy compactos de estrellas con un número de miembros que oscila entre varios miles y cientos de miles de estrellas. Son de forma esférica o esferoidal y de este hecho proviene su denominación ya que semejan a un globo. Se conocen unos 150 de estos objetos en nuestra galaxia. Se los encuentra presentes en toda la esfera celeste, aunque se evidencia una fuerte concentración en la dirección de las constelaciones de Escorpio y Sagitario. Son objetos con grandes velocidades radiales y con una distribución casi esférica. Se considera que los cúmulos globulares tienen una masa correspondiente a alrededor de 300 a 500 mil estrellas como el Sol. Las estrellas miembros de un cúmulo globular se mueven en órbitas alrededor del centro de gravedad del cúmulo.
Cúmulos abiertos
El número de miembros de un cúmulo abierto varía entre unas 50 estrellas en los más pequeños y varios centenares en los más grandes. Los cúmulos abiertos ocupan un volumen bastante irregular y no muestran ningún tipo de simetría. En nuestra galaxia se han catalogado unos 1.000 cúmulos abiertos; se los encuentra distribuidos a lo largo de toda la banda luminosa de la Vía Láctea. En las galaxias espirales, su distribución sigue la forma espiral de los brazos. Generalmente se componen de estrellas calientes rodeadas por una nube de polvo y gas; esta característica no se observa en los cúmulos globulares. Presentan una gran dispersión en las edades. Así, los más jóvenes muestran edades de unos pocos millones de años y los más viejos del orden de los 5 mil millones de años. Un cúmulo abierto se mantiene estable por un largo tiempo dado que la atracción gravitacional entre sus miembros es mayor que la de las estrellas a su alrededor. Las velocidades de las estrellas dentro del cúmulo son al azar, o sea diferentes una a otra.
Asociaciones
Los astrónomos han observado que en determinadas regiones de nuestra galaxia hay una apreciable acumulación de estrellas azules. A estos grupos se los denominó asociaciones. Las asociaciones OB son grupos estelares muy dispersos cuyo núcleo es, generalmente, un cúmulo abierto. Otro tipo de asociación son las asociaciones T, correspondientes a estrellas variables de tipo T Tauri o RW Aurigae.
En cuanto a su edad se trata de agrupaciones de corta vida que en menos de 10^7 años se desintegran completamente. La desintegración en un lapso relativamente corto se debe a que, por distribuirse sobre regiones muy amplias. La atracción gravitacional entre ellas es débil. Además, aparecen vinculadas con densas masas de gas y polvo interestelar. Se conocen unas 70 de esas asociaciones.
Las estrellas son esferas de gas con luz propia cuya energía resulta de transmutaciones nucleares en su interior, y que es emitida al espacio en forma de radiación. Del estudio del haz luminoso que nos llega de las estrellas obtenemos información sobre algunas de sus características físicas: temperatura, radio, composición química, si la radiación emitida es constante o variable, si el radio de la estrella se mantiene estable o eventualmente varía de tamaño, etc. Si la estrella forma parte de un sistema doble podemos determinar además su masa, y si eventualmente pertenece a un cúmulo estelar, podremos estimar su edad, o sea el tiempo transcurrido desde que se formó.
Agrupaciones estelares.
Los cúmulos globulares son cúmulos muy compactos de estrellas con un número de miembros que oscila entre varios miles y cientos de miles de estrellas. Son de forma esférica o esferoidal y de este hecho proviene su denominación ya que semejan a un globo. Se conocen unos 150 de estos objetos en nuestra galaxia. Se los encuentra presentes en toda la esfera celeste, aunque se evidencia una fuerte concentración en la dirección de las constelaciones de Escorpio y Sagitario. Son objetos con grandes velocidades radiales y con una distribución casi esférica. Se considera que los cúmulos globulares tienen una masa correspondiente a alrededor de 300 a 500 mil estrellas como el Sol. Las estrellas miembros de un cúmulo globular se mueven en órbitas alrededor del centro de gravedad del cúmulo.
Cúmulos abiertos
El número de miembros de un cúmulo abierto varía entre unas 50 estrellas en los más pequeños y varios centenares en los más grandes. Los cúmulos abiertos ocupan un volumen bastante irregular y no muestran ningún tipo de simetría. En nuestra galaxia se han catalogado unos 1.000 cúmulos abiertos; se los encuentra distribuidos a lo largo de toda la banda luminosa de la Vía Láctea. En las galaxias espirales, su distribución sigue la forma espiral de los brazos. Generalmente se componen de estrellas calientes rodeadas por una nube de polvo y gas; esta característica no se observa en los cúmulos globulares. Presentan una gran dispersión en las edades. Así, los más jóvenes muestran edades de unos pocos millones de años y los más viejos del orden de los 5 mil millones de años. Un cúmulo abierto se mantiene estable por un largo tiempo dado que la atracción gravitacional entre sus miembros es mayor que la de las estrellas a su alrededor. Las velocidades de las estrellas dentro del cúmulo son al azar, o sea diferentes una a otra.
Asociaciones
Los astrónomos han observado que en determinadas regiones de nuestra galaxia hay una apreciable acumulación de estrellas azules. A estos grupos se los denominó asociaciones. Las asociaciones OB son grupos estelares muy dispersos cuyo núcleo es, generalmente, un cúmulo abierto. Otro tipo de asociación son las asociaciones T, correspondientes a estrellas variables de tipo T Tauri o RW Aurigae.
En cuanto a su edad se trata de agrupaciones de corta vida que en menos de 10^7 años se desintegran completamente. La desintegración en un lapso relativamente corto se debe a que, por distribuirse sobre regiones muy amplias. La atracción gravitacional entre ellas es débil. Además, aparecen vinculadas con densas masas de gas y polvo interestelar. Se conocen unas 70 de esas asociaciones.
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