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

Continuamos con la serie dedicada a la divulgación de la Astronomía. Es importante que el público en general, dentro de lo posible, sea consciente de lo que es la Astronomía, las cuestiones que los Astrónomos estudian, las leyes que rigen el Universo y las fuerzas que en él están presentes, los objetos de que lo pueblan y la mecánica que incide, con el paso del tiempo, en su evolución.

Continuémos:

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^-7k, 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 10¹²kg (y un radio de 10^-15 metros), la temperatura será de unos 10¹¹ 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 ésta teoría de Hawking, ya que, tenía entendido (así esta 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, todo sabemos que en la relatividad especial de Einstein, se dejó muy claro, que nada es 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”.

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 esta 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.

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, Minkouski, 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 Orkar Klein y, pasó a llamarse, teoría Kaluza-Klein.

Hubble, constante de. (símbolo H₀)

El ritmo al que se expande el Universo, aproximadamente igual a un aumento de la velocidad de 50 kilómetros por mega pársec de distancia.

Hubble, Edwin Powell (1889-1953) 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.

Inercia.

Propiedad de la materia que hace que se resista a cualquier cambio en su estado de movimiento.  Así pues, un cuerpo en reposo se mantiene en reposo a no ser que actúe sobre él una fuerza externa, y un cuerpo en movimiento continúa moviéndose a velocidad constante y en línea recta a no ser que actúe sobre el una fuerza externa.  Esta es una formulación de la primera ley del movimiento de Newton.  La masa de un cuerpo es una medida de su inercia.

Más tarde, llego Einstein y nos dijo, además, que la masa de un cuerpo es la medida de su energía (Fórmula).

Ingravidez.

Cualidad de un cuerpo cuando está a distancia infinita de cualquier otro cuerpo.  En la práctica, la apariencia de ingravidez ocurre en el espacio cuando la atracción gravitacional de la Tierra sobre un cuerpo en el espacio es igual a la fuerza centrípeta requerida por su movimiento orbital, de manera que el cuerpo esta efectivamente en caída  libre.

La invalidez puede también ser simulada durante cortos períodos en un avión volando en un camino parabólico, de forma que los ocupantes están en caída libre.

La ingravidez es uno de los problemas a resolver en las naves espaciales futuras que realicen largos viajes por el espacio exterior.  El cuerpo humano, cuya cuna y origen está en el Planeta tierra, no puede soportar grandes periodos de ingravidez sin que su esqueleto se resienta y debilite.  Las Naves y Estaciones espaciales futuras tendrán que simular una gravedad artificial para hacer posible la exploración espacial sin este peligro, ya existen muchos otros.

Interacción.

Efecto en el que intervienen un número de cuerpos, partículas o sistemas como resultado del cual tiene lugar algún cambio físico o químico en uno o más de ellos.

Supone un intercambio entre dos o más partículas o cuerpos.

Puesto que la teoría cuántica sostiene que las fuerzas fundamentales involucran el intercambio de partículas que transportan fuerza (los Bosones), es correcto describir las fuerzas como interacciones.

Antes, en las fuerzas fundamentales de la Naturaleza, hemos explicado todas las fuerzas naturales que existen en el Universo.

Invariancia.

Simetría generada por la operación combinada de cambiar conjugación de Carga (c)  y paridad (p).  La violación CP ocurre en las interacciones débiles en la desintegración del Kaon.

Aquí me parece apropiado incluir también CPT, teorema; inversión temporal: Símbolo T.  Operación de reemplazar el tiempo t por el tiempo -t.  La simetría de la inversión temporal es conocida como invariancia T.  Igual que ocurre con la violación CP, la violación de T también ocurre en las interacciones débiles en la desintegración del kaon.

Precisamente, cuando Einstein publicó su célebre teoría de la relatividad especial, la llamó, en un principio teoría de invariancia que, estaba basada en la invariancia de la velocidad de la luz que, sea cual fuere la fuente emisora, esté en movimiento o en reposo, siempre es la misma, 299.792’458 km por segundo.

También por cierta similitud podemos incluir aquí algún comentario sobre lo que es la irreversibilidad:

Es la propiedad de un sistema que impide que los cambios sean procesos reversibles.  Existe la paradoja de que, a pesar de que las ecuaciones que describen los cuerpos en un sistema, como las leyes de Newton, las ecuaciones de Maxwell o la ecuación de Schrödinger, son invariantes bajo inversión temporal, los fenómenos que ocurren en sistemas formados por un gran número de grados de libertad no son reversibles.  El proceso de resolver un huevo es un ejemplo.  La resolución de esta paradoja requiere el concepto de entropía y de mecánica estadística.

La irreversibilidad ocurre por la transición de una disposición ordenada (somos jóvenes) a una disposición desordenada (somos viejos), que es la vía natural, el paso del tiempo y el avance de la entropía es el cambio inevitable e irreversible en un sistema cerrado, cuya flecha del tiempo siempre corre en la misma dirección de una entropía creciente (mayor desorden y menos energía).

La irreversibilidad también ocurre en procesos que violan la simetría T.  De acuerdo con el teorema CPT, aquellos procesos que violan CP también violan T, y son, por tanto, irreversibles.

Isótopos.

Cuando hablamos de un isótopo nos estamos refiriendo a uno de los dos o más átomos del mismo elemento que tienen el mismo número de protones en sus núcleos, pero diferente número de neutrones.

El hidrógeno (1 protón, o neutrón), el Deuterio (1 protón, 1 neutrón) y el Tritio (1 protón, 2 neutrones)  son isótopos del  Hidrógeno.

La mayoría de los elementos del Universo, todos los que existen en la Naturaleza, en su gran mayoría, consisten en una mezcla de isótopos.

Isotropía.

Es la cualidad de ser igual en todas las direcciones que es exactamente lo contrario que ocurre con la “Anisotropía” que es distinta en diferentes direcciones.

La Isotropía puede estar representada por la luz del Sol que al expandirse por igual en todas las direcciones podemos decir que es Isotrópica.

La anisotropía que se dice para un medio en el que ciertas propiedades físicas son diferentes direcciones, podría representarse con un ejemplo que todos entenderemos: La madera, por ejemplo, es un material anisótropo; su resistencia y configuración a lo largo de la fibra es distinta perpendicularmente a esta, al contrario de los cristales simples que no son cúbicos que también son anisótropos con respecto a algunas propiedades físicas, los cúbicos si lo son (isotrópicos).

La luz de un foco que alumbra a un pianista en el escenario, no es isotrópica y, sin embargo, la bombilla que alumbra nuestra habitación si lo es, ya que, se esparce por todos los rincones por igual y esa igualdad en todas las direcciones, es la ISOTROPÍA. El lo que ocurre con la luz de las esterellas.

Línea de Universo.

Trayectoria seguida por un objeto en el espacio-tiempo.  El hecho de que el espacio-tiempo sea cuatridimensional hace que las líneas de universo sean difíciles de visualizar, pero si el Universo tuviera sólo una dimensión espacial y una temporal, podría dibujarse la línea de Universo en un gráfico con el tiempo en el eje vertical y la distancia en el horizontal.

Una partícula en reposo con respecto al sistema de coordenadas tendría una línea de Universo dirigida a lo lardo del eje vertical, mientras que las partículas móviles tendrían líneas de Universo que serían líneas rectas o curvas dirigidas hacia arriba.  En el Universo real, el camino de una partícula móvil es una línea curva en el espacio-tiempo.

En física se dice que línea de universo es la historia de una partícula representada en el espacio-tiempo.  Esto permite encontrar la posición de una partícula en el tiempo t cortando el espacio-tiempo en ese instante t y encontrando dónde corta la línea de Universo de la partícula.

Los rayos de luz pueden ser tratados como las líneas de universo de los fotones.  Las líneas de universo de las partículas sometidas a la influencia de un campo gravitacional son geodésicas en el espacio-tiempo.  La línea de universo de un fotón cerca de una estrella, como e Sol, es ligeramente doblada debido a que la luz está siendo desviada por el campo gravitacional del Sol, como predice la teoría de la relatividad general de Einstein.

Lisura, problema de la.

Enigma de por qué el Universo no es espectacularmente abierto ni cerrado, sino perfectamente equilibrado entre estos estados.

En realidad, aún no sabemos (aunque lo sospechamos) en qué, clase de Universo vivimos, si es plano y abierto (Universo de Einstein-de Sitter), o si  es curvo y cerrado (Universo de Friedman).

En todo caso, la resolución de este problema estará a nuestro alcance cuándo seamos capaces de conocer, de manera fiable, la Densidad Crítica de nuestro Universo, es decir, la cantidad de materia que contiene y, la que podemos detectar, es la materia Barionica que sólo es una pequeña parte de la que en realidad existe,  ¡la materia oscura! Pero ¿Qué es ésta misteriosa materia? ¿Acaso no estaba ya aquí, cuado apareció la materia luminosa que emite radiación? Si no fuese así ¿Cómo pudieron formarse las galaxias a pesar de la expansión de Hubble?

Local, Grupo.

Grupo de galaxias con unos tres millones de a.l. de diámetro que contiene a nuestra Galaxia, la Vía Láctea.  Existen 31 miembros confirmados en el Grupo local.

Las otras galaxias próximas (grupo de Sculptor y m81) se encuentran considerablemente más alejadas,  a 9 millones de a.l.*.

La masa total del Grupo Local se estima que es de 3 a 5 x 10¹² masas solares.  Los miembros más brillantes son las tres espirales: la Galaxia de Andrómeda, nuestra Galaxia y M33. Unas pocas galaxias enanas esferoidales pueden permanecer aún si descubrir.

• Galaxia de Andrómeda (M31)
• Vía Láctea.
• Galaxia del Triangulum (M33)
• Gran Nube de Magallanes
• IC10
• M32 (NGC 221)
• MGC 6822 (Galaxia de Barnard)
• M 110 (NGC 205)
• Pequeña Nube de Magallanes
• NGC 185
• NGC 145
• IC 1613
• Wolf-Lundamark-Melotte
• Enana de Formax
• Enana de Sagittarius
• And I
• And II
• Leo I
• Enana de Aquariu (DDO210)
• Sagitarius (Sag DIG)
• Enana de Sculptor
• Enana de Antlia
• And III
• L G S 3
• Enana de Sextans
• Enana de Phoenix
• Enana de Tucana
• Leo II
• Enana de Ursa Minor
• Enana de Carina
• Enana de Draco

La más cercana a la Vía Láctea es la Enana de Sagittarius que está a 25 kpc*.

de distancia, y, la más lejana, IC-10, a 1.250 kpc.  Andrómeda, la más parecida (algo mayor) a la Vía Láctea, esta a 725 kpc de distancia, al más de dos millones de a.l.

Estas son nuestras Galaxias vecinas que contienen cientos y cientos de miles de millones de estrellas. ¿Y planetas? ¿Habrá alguno similar a la Tierra?

Un célebre Astrónomo británico, al ser preguntado por el milagro de la vida en otros mundos, contestó: ” El milagro sería que no existiera vida en otros mundos.”

emilio silvera

* a.l. = años-luz

* La  unidad Gásica de distancia estelar es el Pársec= a 3’2616 a.l.  Para las distancias galácticas e intergalácticas, se emplea el kilo pársec (kpc) y el Mega pársec (Mpc).

[?]