Año Internacional de la Astronomía 2009. En España (AIA-IYA2009)

Galaxia

Vasta colección de estrellas, polvo y gas unidos por la atracción gravitatoria que se genera entre sus diversos componentes. Las galaxias son usualmente clasificadas por su forma en elípticas, espirales o irregulares. Las galaxias elípticas aparecen como nubes elipsoidales de estrellas con muy poca estructura interna aparte de (en algunos casos) un núcleo más denso.

Las galaxias espirales son colecciones de estrellas con forma de disco plano con prominentes brazos espirales. Las galaxias irregulares no tienen estructura o forma aparente.

El Sol pertenece a una galaxia espiral conocida como Galaxia o Vía Láctea, que contiene unas 10¹¹ estrellas (cien mil millones) y tiene unos 30.000 pársecs* de longitud con un grosor máximo en el centro de unos 4.000 pársecs*.

El Sol está a unos 10.000 pársecs* del centro de la galaxia; esto hace que nuestro Sistema Solar esté en la periferia de la Vía Láctea, en el brazo espiral Perseo.

Las galaxias se hallan separadas entre sí por enormes distancias. La galaxia vecina a la nuestra, la galaxia Andrómeda, está situada a una distancia de 6’7×10⁵ pársecs*, o lo que es lo mismo 2’3 millones de años-luz de nosotros.

*Pársec: De símbolo pc. Unidad estelar de 3’2616 años-luz ó 206.265 unidades astronómicas, ó 30’857×10¹² Km

Gamma, rayos

(Rayos γ) Radiación electromagnética con longitudes de onda menores de unos 0’01 nanómetros (nm). Los rayos gamma son los fotones de mayor energía del espectro electromagnético. Sus energías varían desde los 100 KeV hasta al menos 10 GeV.

Gauge en la red o simplemente Gauge, teoría

La primera se refiere a una formulación de las teorías gauge en la que el espacio y el tiempo se toman como discretos en vez de como continuos. Al final de los cálculos en teorías gauges en la red es necesario tomar el límite del continuo.

La teoría gauge en la red es utilizada para hacer cálculos en algunas teorías gauge con fuertes acoplamientos, como la cromodinámica cuántica, en los que muchas de las características importantes de la teoría no se pueden obtener por la teoría de perturbaciones.

La teoría gauge en la red es particularmente adecuada para cálculos numéricos y computacionales. Se pueden aplicar técnicas de mecánica estadística a las teorías gauge en la red.

Las dificultades surgen al añadir fermiones a la red, aunque se han diseñado varios remedios para superar estas dificultades.

Si nos referimos a la teoría gauge sin más, estamos hablando de cualquiera de las teorías cuánticas de campo creadas para explicar las interacciones fundamentales. Una teoría gauge requiere un grupo de simetría para los campos y los potenciales (el grupo gauge).

En el caso de la electrodinámica, el grupo es abeliano (los grupos que son conmutativos en este sentido se denominan abelianos, por el matemático noruego Niels Henrik Abel, que murió muy joven en trágicas circunstancias).

Evidentemente, cualquier grupo que pueda representarse simplemente por la multiplicación de números complejos debe ser abeliano. Dos de las categorías más importantes de grupos: los grupos finitos y los grupos continuos (o grupos de Lie). Sophus Lie, matemático noruego responsable de la teoría de grupos continuos (1.842-1.899).

Las teorías gauge para las interacciones fuertes y débiles utilizan grupos no abelianos que son conocidos como teorías de Yang-Mills. Esta diferencia explica por que la electrodinámica cuántica es una teoría mucho más simple que la cromodinámica cuántica, que describe interacciones fuertes, y la teoría electrodébil, que es la teoría unificada de las interacciones débiles y electromagnéticas.

En el caso de la gravedad cuántica, el grupo gauge es mucho más complicado que los grupos gauge de las interacciones fuertes como de las débiles.

Las interacciones entre partículas están explicadas por el intercambio de partículas (bosones vectoriales intermediarios o bosones gauge): gluones para la fuerza fuerte, fotones en la fuerza electromagnética, W y Z en la fuerza nuclear débil, gravitón para la fuerza de gravedad.

Gauss

De símbolo G. Unidad del Sistema c.g.s de densidad de flujo magnético.

Es igual a 10^-4 tesla.

El nombre se puso en honor al matemático Karl Gauss (1.777-1.855).

Gluones

Cuantos que transmiten fuerza nuclear fuerte, al igual que los fotones en la interacción electromagnética, los bosones vectoriales intermediarios W⁺, W^– y Z⁰ en la interacción nuclear débil, y el gravitón en la interacción gravitatoria. Los gluones son bosones sin masa. En consecuencia, algunos físicos, para simplificar, agrupan todos los cuantos transmisores de fuerza bajo el termino gluones que en la fuerza nuclear fuerte forman una red que crea el campo de fuerza que mantiene unidos los quarks.

Ampliaré la explicación en “Partículas elementales”.

Gravitón

Partícula hipotética que es un cuanto de energía intercambiado en una interacción gravitacional. Dicha partícula no ha sido observada aún, pero se postula que es la responsable de las interacciones gravitacionales consistentes con la mecánica cuántica. Se espera que viaje a la velocidad de la luz, que tenga masa en reposo nula y espín 2.

GTU

Siglas de Gran Teoría Unificada.

Hadrones

Clase de partículas subatómica que interaccionan fuertemente.

Los hadrones son una familia que, a su vez, está subdividida en dos ramas:

• Bariones: protones, neutrones, sigma, lambda, omega
• Mesones: piones, kaones, psi, etc.

Los hadrones se cree que tienen una estructura interna constituida por quarks (teoría de Murray Gell-Mann); no son, por tanto, verdaderamente elementales, y como antes he reflejado, los hadrones son o bien bariones o bien mesones. Los bariones se desintegran en protones que se cree están formado por tres quarks, y los mesones que se desintegran en leptones o protones o en pares de protones y que se cree están formados por una pareja quarks y antiquarks.

Hawking, proceso de

Emisión de partículas por un agujero negro como resultado de los efectos mecano-cuánticos. Fue descubierta por el físico-cosmólogo, Stephen Hawking (1.942-). El campo gravitacional del agujero negro es la causa de una producción de pares de partículas antipartículas en la vecindad del horizonte de sucesos. Para un posible observador externo parecería que el agujero está emitiendo radiación (radiación Hawking).

Es más, parece como si las energías de las partículas que caen fuera negativa y compensara exactamente la energía (positiva) de las partículas que escapan. Esta energía negativa reduce la masa del agujero negro, y el resultado neto del proceso es que el flujo de partículas emitidas parece llevarse la masa del agujero negro.

Puede mostrarse que el agujero negro radia como un cuerpo negro, con una distribución de energía de las partículas que obedece la ley de radiación de Planck para una temperatura que es inversamente proporcional a la masa del agujero.

Para un agujero negro de la masa del Sol, su temperatura es sólo de 10^-7 K, de forma que el proceso es despreciable. Sin embargo, para un “mini” agujero negro, de los que pudieron haberse formado en el universo primitivo, con una masa del orden 10¹² Kg (y un radio de 10^{-15 metros), la temperatura será de unos 1011} K y el agujero radiará copiosamente (a un ritmo de 6×10⁹ W) un flujo de rayos gamma, neutrinos y pares electrón-positrón.

Los niveles observados de rayos gamma cósmicos imponen fuertes restricciones al número de esos “mini” agujeros negros, sugiriendo que hay demasiado pocos como para resolver el problema de la materia oscura.

Particularmente (por mi ignorancia), no llego a comprender esta teoría de Hawking, ya que tenía entendido (así está aceptado por toda la comunidad científica) que un agujero negro es tan denso y genera tan enorme fuerza gravitatoria que su velocidad de escape supera a la velocidad de la luz, o lo que es lo mismo, la luz, corriendo a 300.000 Km/s, no se puede escapar a un agujero negro. Si esto es así, y todos sabemos que en la relatividad especial de Einstein se dejó muy claro que nada en nuestro universo podía superar la velocidad de la luz, entonces me pregunto:

¿Cómo es posible que esas partículas de Hawking escapen de esa fuerza gravitatoria del agujero negro?

¿Acaso van más aprisa que la velocidad de la luz?

¿No tendrían que tener entonces una masa infinita?

Lo dicho, mi enorme ignorancia no me deja comprender el denominado “proceso de Hawking”.

Heaviside-Lorentz, unidades de

Sistema de unidades para las cantidades eléctricas y magnéticas basadas en las unidades c.g.s electrostáticas y electromagnéticas.

Son la forma racionalizada de las unidades gaussianas y son muy utilizadas en física de partículas y en relatividad en vez de las unidades SI, ahora empleadas para propósitos generales en la física.

Las unidades c.g.s que he nombrado ya varias veces, están referidas a un sistema de unidades basadas en el gramo, el centímetro y el segundo. Derivadas del sistema métrico, fueron inadecuadamente adoptadas para su uso con cantidades térmicas (basadas en la caloría, unidad definida de forma inconsistente) y con las cantidades eléctricas (donde eran utilizados dos sistemas, basados respectivamente en la permitividad y la permeabilidad unidad de vacío). Para muchos fines científicos, las unidades c.g.s han sido reemplazadas por las unidades SI.

Heliocéntrica

Escuela de modelos de universo en las que el Sol era considerado el centro. (El error de Copérnico).

Hertzsprung-Russell, diagrama

Gráfico que revela una relación entre los colores y las magnitudes absolutas de las estrellas, frente a una medida de su temperatura (bien su tipo espectral o bien su índice de color).

El diagrama muestra cómo están relacionadas las luminosidades con las temperaturas superficiales. A partir de la posición de una estrella en el diagrama, los astrónomos pueden estimar su masa y la fase de su evolución.

La mayoría de las estrellas se encuentran en la secuencia principal, una banda que se divide desde la parte superior izquierda hacia la parte inferior derecha del diagrama.

Una estrella de la secuencia principal está quemando hidrógeno en su núcleo, y durante esta fase de su vida permanecerá en un punto en el diagrama que está determinado por su masa.

Otras áreas del diagrama HR están pobladas por estrellas que no queman hidrógeno en sus núcleos, aunque pueden estar quemando hidrógeno en una fina envoltura alrededor de éste. La más prominente de estas áreas es la rama gigante, consistente en estrellas que han agotado el combustible de hidrógeno en sus núcleos.

Regiones de interés son las bandas ocupadas por las supergigantes, con luminosidades de 300 a 100.000 veces la del Sol (futuras estrellas de neutrones o agujeros negros). También las enanas blancas, estrellas moribundas con luminosidades típicamente 10.000 veces menores que la del Sol.

Las teorías de la evolución estelar deben explicar las distintas características del diagrama HR. Se llama así en honor de H. N. Russell y E. Hertzsprung, quienes lo diseñaron independientemente.

Higgs, bosón de / Higgs, campo de

El bosón de Higgs es una partícula con masa cero no nula, predicha por Peter Higgs (1.929-) que existe en ciertas teorías gauge, en particular en la teoría electrodébil (el modelo de Weinberg-Salam). El bosón de Higgs aún no ha sido encontrado, pero se piensa que se encontrará con aceleradores de partículas más potentes que los actuales que no generan aún la energía necesaria para encontrar esta partícula, que como digo, se espera encontrar en los próximos años, especialmente después de que otras predicciones de la teoría, incluyendo los bosones W y Z, hayan sido confirmadas.

El campo de Higgs es responsable de la ruptura de simetría asociado en el boson de Higgs.

El campo de Higgs puede ser tanto una cantidad escalar elemental como el cambio asociado con un estado ligado de dos fermiones. En el modelo Weinberg-Salam, el campo de Higgs se considera como un campo escalar.

No se sabe si estas hipótesis son correctas o no, aunque intentos de construir una teoría electrodébil con estados ligados para el campo de Higgs, conocidos como teorías de technicolor, no han sido exitosos.

Los campos de Higgs también aparecen en sistemas de muchos cuerpos que pueden ser formuladas como una teoría cuántica de campos con un bosón de Higgs; un ejemplo es la teoría BCS de la superconductividad, en la que el campo de Higgs está asociado con un par de Cooper, en vez de con un (bosón) campo escalar elemental.

Algunos han llegado a denominar el bosón de Higgs como la partícula divina, que es la responsable de transmitir la masa a todas las demás partículas. En verdad será para la física un paso muy importante el día que, al fin, la puedan encontrar.

Hilbert, espacio de

Espacio vectorial lineal que puede tener un número infinito de dimensiones. El concepto es de gran interés en física porque el estado de un sistema en mecánica cuántica se representa por un vector en un espacio de Hilbert.

La dimensión del espacio de Hilbert no tiene nada que ver la dimensión física del sistema. La formulación en el espacio de Hilbert de la mecánica cuántica fue propuesta por el matemático norteamericano nacido en Hungría John von Neumann (1.903-1.957) en 1.927.

Otras formulaciones de la mecánica cuántica, como la mecánica matricial y la mecánica ondulatoria, se pueden deducir de la formulación en el espacio de Hilbert. Los espacios de Hilbert son llamados así en honor del matemático alemán David Hilbert (1.862-1.943), quien inventó el concepto a principios del siglo XX.

Hiperdimensional

Que involucra más de cuatro dimensiones (tres de espacio y una de tiempo) habituales en el espacio-tiempo relativista.

Cuando un viejo profesor de Einstein, Minkowski, leyó la teoría de la relatividad especial de su ex-alumno, se dio cuenta de que a partir de entonces nunca se podría hablar de espacio y de tiempo como conceptos distintos y separados; la teoría había descubierto que ambos conceptos estaban unidos de manera irreversible como el espacio-tiempo.

Después de la publicación de la teoría general de la relatividad de Einstein, se dio a conocer un trabajo de un tal Kaluza, que se inventaba por primera vez la quinta dimensión que más tarde depuró Oskar Klein, y pasó a llamarse teoría Kaluza-Klein.

Hipótesis

Proposición científica que pretende explicar un conjunto determinado de fenómenos; menos vasta y no tan bien confirmada como una teoría. La hipótesis mantiene una idea que puede o no ser cierta. Sin embargo, algunas hipótesis sobre las cuales no existe ya ninguna duda han permanecido con el nombre de hipótesis sin ninguna explicación clara (por ejemplo, hipótesis de Avogadro).

En ciencia, una ley es un principio descriptivo de la naturaleza que se cumple en todas las circunstancias cubiertas por la formulación de la ley. No hay excepciones en las leyes de la naturaleza y cualquier suceso que no cumpla la ley requerirá descartar la ley existente o deberá ser descrito como un milagro, concepto éste que es totalmente ajeno a la ciencia.

Las leyes epónimas son aquellas que son llamadas en honor de sus descubridores (por ejemplo, ley de Boyle); algunas leyes, sin embargo, son conocidas por la materia de la que tratan (ley de la conservación de la masa), mientras que otras leyes utilizan tanto el nombre del descubridor como la materia de que tratan (por ejemplo, ley de la gravitación de Newton).

Una descripción de la naturaleza que utiliza más de una ley, pero aún no ha sido llevada al estado incontrovertible de ley, es a veces llamada una teoría. Las teorías son también tanto epónimas como descriptivas de la materia a la que se refieren (por ejemplo, teoría de Einstein de la relatividad y teoría de Darwin de la evolución).

Lo que está claro de todo esto es que, por mi parte, siempre me excedo en la explicación; quiero hacerla corta y clara pero enlazo unos conceptos con otros y al final me sale extensa (ruego disculpen) y sin embargo tampoco creo que sea tan malo aportar más conocimientos.

Se hace una conjetura, se da a conocer una hipótesis, se continúa con una teoría (la conjetura hipotética mejor elaborada) y, si todo se confirma, se termina con que todo ello es admitido por todos como una ley.

Hubble, constante de

De símbolo H₀. El ritmo al que se expande el universo, aproximadamente igual a un aumento de la velocidad de 50 kilómetros por megapársec de distancia.

Edwin Powell Hubble (1.889-1.953) astrónomo norteamericano, es mundialmente conocido por sus importantes trabajos: clasificación de Hubble, constante de Hubble, diagrama de Hubble, flujo de Hubble, ley de Hubble, nebulosa variable de Hubble, parámetro de Hubble, radio de Hubble, tiempo de Hubble y otras. Su contribución a la astronomía es de todo punto imposible de pagar y en reconocimiento, tantos conceptos y hallazgos llevan su nombre; es lo menos que podíamos hacer por recordarlo.

También lleva su nombre el telescopio espacial HST “HUBBLE” que tantos logros ha conseguido fotografiando rincones del universo situados a miles de millones de años luz de nosotros.