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El Universo
De la tierra plana a los quásares
Isaac Asimov
(…una adaptación de Julen Sarasola para la AMU Bizkaia)
ORGANIZA:
El COLEGIO DE DOCTORES y LICENCIADOS de EUSKADI
Noviembre de 2013
El Universo
De la tierra plana a los quásares
Isaac Asimov
La apasionante evolución del pensamiento humano:
”De los mitos a los modelos científicos”
(…una adaptación de Julen Sarasola para la AMU Bizkaia)
Noviembre de 2013
La Tierra
8.000 km de diámetro hacia el año 500 A.C.
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La Tierra esférica
SIENA
7º
ALEJANDRIA
Alejandriatik Sienara 700 km
distantzia eta Alejandrian 7º
makurtuagoa Eguzkia
7º
Fecha de nacimiento: 276 a.C., Cirene, Shahhat, Libia
Fecha de la muerte: 194 a.C., Alejandría, Egipto
El sistema solar
Teorema de Tales (Mileto, s.VII a.C.)
α = 0,5º
D
La Luna es 4 cuatro veces más pequeña que la Tierra
y se encuentra a 30 diametros terrestres
de distancia, ó sea a 380.000 km = 1 segundo-luz
Planetas errantes
Planetas errantes
Copernico (S.XVI)
Tolomeo (S.II)
1.800 años después de Hiparco…
Hipatia (Alejandría, 370 –
415 ) fue una filósofa y maestra
neoplatónica griega, natural de
Egipto, que se destacó en los
campos de las matemáticas y la
astronomía, miembro y cabeza de
la Escuela neoplatónica de
Alejandría a comienzos del siglo V.
Seguidora de Plotino, cultivó los
estudios lógicos y las ciencias
exactas, llevando una vida
ascética. Educó a una selecta
escuela de aristócratas cristianos y
paganos que ocuparon altos
cargos, entre los que sobresalen el
obispo Sinesio de Cirene —que
mantuvo una importante
correspondencia con ella—,
Hesiquio de Alejandría y Orestes,
prefecto de Egipto en el momento
de su muerte.
Hija y discípula del astrónomo
Teón, Hipatia es la primera mujer
matemática de la que se tiene
conocimiento razonablemente
seguro y detallado. Escribió sobre
geometría, álgebra y astronomía,
mejoró el diseño de los primitivos
astrolabios —instrumentos para
determinar las posiciones de las
estrellas sobre la bóveda celeste—
e inventó un densímetro.
S.XVII
Las Leyes de Kepler,
un modelo sin escala…
EL PARALAJE
Paralaje grande de un objeto próximo
A
Angulo de paralaje
Angulo de paralaje
B
Observatorios
Astro
Estrellas de fondo
EL PARALAJE
Paralaje pequeño de un objeto lejano
A
Angulo de paralaje
Angulo de paralaje
B
Astro
Observatorios
Estrellas de fondo
EL PARALAJE
Paralaje pequeño
con telescopio de gran aumento
A
Angulo de paralaje
Angulo de paralaje
B
Observatorios
Astro
Estrellas de fondo
S.XVII
Cassini en Paris y Richer en
la Guayanne francesa, S.XVII.
Miden un paralaje de 25” del
planeta Marte. Algo mayor
del valor real.
Marte en OPOSICIÓN al Sol
tang 21”=0,0001=
Paris
α = 21”
Marte
Guayenne
8.000 km
80.000.000 km
Dando una distancia a la Tierra
(dM-S - dT-S) de 80 mill. de km.
D
Utilizando la 3ªLey de Kepler:
(dM-S /dT-S )3 =(2 años/1 año)2
Distancia del Sol a la Tierra:
150 millones de km = 8 minutos luz
α = 0,5º
El Sol está 400 veces más lejos que la
Luna…pero también es 400 más grande.
El Sol está 400 veces más lejos que la
Luna…pero también es 400 más grande.
El Sol está 400 veces más lejos que la
Luna…pero también es 400 más grande.
El Sol está 400 veces más lejos que la
Luna…pero también es 400 más grande.
•
EGUZKI EKLIPSEA
Diametro del Sol: 1.400.000 km
VTS_01_2.VOB
Halley y Urano (S.XVIII)
Neptuno (S.XIX)
Plutón (S.XX)
Tamaño del Sistema Solar: 1 mes-luz
S.VIII
Observó que la Luna cae hacia la
Tierra con una aceleración 3.600
(=602) veces menor que la manzana:
en 1 s. caen 0,00028 m y 4,9 m resp.
Las estrellas
Si el Universo se limitara al Sistema Solar, el problema del tamaño del
Universo estaría resuelto hacia el año 1.700 (Kepler y otros), pero están las
estrellas…
-las estrellas ¿forman un firmamento (la bóveda celeste rígida ) ó están a
diferentes distancias del Sistema Solar?
-si unas estrellas estuvieran más cerca que otras exibirían un paralaje estelar
frente a las más lejanas: no se midió ningún paralaje estelar hasta 100 años
más tarde por falta de mejores telescopios, además…
Aristarco de Samos (S. IV a.C)
Christiaan Huygens (Holanda) (s.XVII)
Metodo del “disco” para comparar distancias y brillos,
suponiendo todas de la misma luminosidad, pero a
distancias diferentes, aplicando el teorema de Tales.
Sinembargo ya en el s. XVIII se sabía:
* las estrellas exiben diferentes brillos: si todas
estuviesen a la misma distancia del Sol la diferencia
de brillo solo sería debido a su diferente luminosidad
intrínseca, de lo contrario.
En realidad:
ley del brillo, luminosidad y distancia.
6 magnitudes estelares en
el catálogo de 800 estrellas
de las 6.000 visibles que
supuso había
(Hiparco)
* las estrellas exiben movimientos propios:
Halley (S.XVIII) observó que Sirio (que aparece 1º desplazado) y Arturo no
ocupan la posición que Hiparco (S.II a.C) les había asignado en su catálogo
de 800 estrellas (las mas cercanas se moverían aparentemente más y
brillarían más que las lejanas).
Se tenía un modelo para muchas estrellas, por su desplazamiento y
brillo…pero se necesitaba una distancia estelar para establecer la
escala real, otra vez el paralaje…
EL PARALAJE
Paralaje muy pequeño
con base de observación pequeña
A
Angulo de paralaje
Angulo de paralaje
B
Astro
Observatorios
Estrellas de fondo
EL PARALAJE
Paralaje menos pequeño
con base de observación grande
A
Angulo de paralaje
Angulo de paralaje
Astro
Estrellas
de fondo
B
Observatorios
Bessel en 1838 mide un paralaje de la estrella 61 Cygni de 0,292” ( 0,314”, realmente) que, dado
el diámetro de la órbita de la Tierra, dio a una distancia de unos 10 años luz (3,42 psc).
La Galaxia
La Galaxia
S.XVIII
Paradoja de Olbers: si se divide el Universo en
cáscaras concéntricas, de igual grosor y centradas
en la Tierra, el brillo de cada cáscara es el mismo, y
el brillo de todas las cáscaras sumadas es infinito.
La lente de Herschel y su
universo isla (La Galaxia)
Los cúmulos estelares: abiertos y globulares
(catálogo Messier)
Cúmulo abierto de las Pléyades, M 45
Cúmulo abierto del Pesebre, M 44
2013-11-07 TO 300 COMETA LOVEJOY i M 44 005B.jpg
Cúmulo globular en Hercules, M13.
Nubes grande y pequeña de Magallanes
Nebulosa de Orión,
M 42 (de emisión)
Pero el método del paralaje estelar tiene un límite de unos 150 años-luz…
…mientras que las estrellas de algunos de los objetos Messier (cúmulos,
Nubes de Magallanes, nebulosas, galaxias,…) se encuentran a más de 400 años-luz
La comprensión de la relación entre la luminosidad relativa y la variabilidad de las
estrellas fue revolucionada por la obra de Henrietta Swan Leavitt (1868-1921).
Trabajando como “computadora” en el Harvard College Observatory, Leavitt
calibró con precisión las magnitudes fotográficas de 47 estrellas para las que
todas las demás estrellas podrían ser comparadas. Leavitt descubrió y catalogó
más de 1.500 estrellas variables en las cercanas Nubes de Magallanes. A partir de
este catálogo, Leavitt descubrió que a mayor brillo de las estrellas variables
Cefeidas les corresponde más tiempo de variabilidad, un hecho utilizado en la
actualidad para calibrar la escala de distancia de nuestro universo.
Se tenía un modelo para muchas estrellas Cefeidas, por su periodo
y máximo brillo, pero se necesitaba calcular la distancia a una
estrella de la Nube de Magallanes, todas sus cefeidas estarían a la
misma distancia de la Tierra, para establecer la escala real, …
El espectro de la luz en astronomia
Efecto Doppler y velocidad radial
Desplazamiento y velocidad transversal
v = z.c
v = (1- (1+z)-2)1/2 . c
(donde
z =Δλ/λ0)
Al igualar las dos
componentes de la
velocidad se calculó por
primera vez la distancia
(“d”) a la Tierra de una
Cefeida en la Nube de
Magallanes.
Distribución de los cúmulos globulares en La Galaxia
El centro galáctico
(Harlow Shapley, 1920)
Otras galaxias
Observatorio astronómico de Monte Wilson, Estados Unidos,
fundado en 1904 por George Ellery Hale, cuenta con instrumento
de 100 pulgadas (espejo de 254 cm. de diámetro), llamado
telescopio Hooker en honor del magnate que donó los fondos
necesarios para el enorme espejo.
En 1923 Hubble observó en la nebulosa Andrómeda una cefeida,
lo que determinó su distancia y pasar a ser catalogada como
otro “universo isla” (Kant) ó galaxia.
También posee un telescopio de 60 pulgadas (152,4 cm) usado
por Harlow Shapley para determinar el tamaño de la Vía Láctea y
nuestra verdadera posición en ella.
Galaxia de Andromeda, M31, a 2 millones de años-luz.
La imagen de luz visible más profunda del cosmos, el Campo Ultra Profundo del Hubble.
La edad de la Tierra
*la radiactividad
El uranio 238 posee un periodo de semidesintegración de 4.510 millones de años y
de 704 millones de años para el uranio 235. Ambos elementos debieron formarse
en cantidades similares en las estrellas, pero debido a la diferencia entre la vida
media de uno y de otro, observamos que el 99.3 % del uranio en la tierra es 238 y
el 0.7 % restante es uranio 235. Esta diferencia considerable entre unos y otros nos
viene a sugerir que existe un pasado para la tierra de varios miles de millones de
años.
*la conservación de la materia y de la energía.
*la conservación del momento angular
La energía del Sol
*el espectro solar: el helio
*el horno nuclear
*estructura en “capas de cebolla”
Tipos de estrellas
Evolución estelar
diagrama Hertzprung-Russell
Pulsar
Estrella de
neutrón y
pulsar
PSR B1919 21
PSR B1919 21 es un pulsar con un
período de 1,3373 segundos, y una
anchura de pulso de 0,04 egundos.
Fue el primer radio púlsar descubierto.
Este tipo de señales únicamente se
puede detectar con un radiotelescopio.
Este pulsar también se conoce como
el CP 1919 ó el PSR J1921 2153 .
Se encuentra en la constelación
de Vulpecula, entre las estrellas Vega y
Altair.
https://www.google.com/images?q=pulsar%20LGM%20PSR%20B1919
%2021&tbm=isch#facrc=_&imgdii=_&imgrc=IazUY6jU4z2_JM%3A%3Bq
ZNzlVCp73Nk3M%3Bhttp%253A%252F%252Fwpcontent.answcdn.com
%252Fwikipedia%252Fcommons%252F7%252F7f%252FCycle_of_puls
ed_gamma_rays_from_the_Vela_pulsar_HI_RES.gif%3Bhttp%253A%25
De hecho, cuando en julio de 1967,
Jocelyn Bell y Antony Hewish detectaron
estas señales de radio de corta duración y
extremadamente regulares, pensaron que
podrían haber establecido contacto con
una civilización extraterrestre, por lo que
llamaron tentativamente a su fuente LGM
(Little Green Men u Hombrecitos verdes).
Jocelyn Bell Burnell
William Herschel’s 40’
telescope
• John Herschel’s
“Ode to ....40’
telescope”
• Alfred Noyes –
The Torchbearers
97
Dark Matter
• Galaxies spin like
Catherine wheels
• Spinning so fast
they should fly apart
• They don’t!
• Dark Matter invisible stuff to add
gravity but not light.
98
Dark Matter II
• Rebecca Elson – one of very few
professional astronomers who wrote
poetry.
– A Responsibility to Awe (Carcanet)
‘Let there always be light (searching for dark
matter)’
99
Adrienne Rich
Caroline Herschel
• PLANETARIUM
Thinking of Caroline
Herschel (17501848)
astronomer, sister
of
William; and others.
100
La recesión de las galaxias (Hubble)
El metodo de las cefeidas no servía al no poder distinguirse
estrellas individuales, dada la lejanía de las galaxias….aplicó
la ley del inverso del cuadrado de la distancia para el brillo de
las galaxias, suponiendo que éstas exibirían la misma
luminosidad intrínseca tomadas en su conjunto.
El “Universo Observable “(…en edad y tamaño)
…un universo sin centro….
v = Ho .D
Para el valor de v = c (300.000 k/s), D = 14.000 millones de años luz.
Radiación de fondo
Wilson y Penzias
con la famosa antena de fondo
El origen del Universo
Telescopio espacial Hubble: HST
Visible e infrarrojo
Radioastronomía
Radioantena de microondas y radio
Observatorio espacial: HISAKI
ultravioleta
Observatorio espacial: CHANDRA
Rayos X
Observatorio espacial: COMPTON
Rayos Gamma
Gran Telescopio Canarias (GTC), espejo de 10,4 m. de diámetro
El borde del universo
Se cree que los
quasares están
alimentados por la
acreción de materia de
agujeros negros
supermasivos en el
núcleo de galaxias
lejanas, convirtiéndolos
en versiones muy
luminosas de una clase
general de objetos
conocida como galaxias
activas. No se conoce el
mecanismo que parece
explicar la emisión de la
gran cantidad de energía
y su variabilidad rápida.
El conocimiento de los
cuásares ha avanzado
muy rápidamente,
aunque no hay un
consenso claro sobre
sus orígenes.
Se conocen más de 200.000
cuasares y todos los
espectros observados tienen
un corrimiento al rojo
considerable, que va desde
0,06 hasta el máximo de 6,4.
Por tanto, todos los quasares
se sitúan a grandes distancias
de la Tierra, el más cercano a
240 Mpc (780 millones de
años luz) y el más lejano a 6
Gpc (13.000 millones de
años luz). La mayoría de los
quasares se sitúan a más de 1
Gpc de distancia; como la luz
debe tardar un tiempo muy
largo en recorrer toda la
distancia, los cuasares son
observados cuando existieron
hace mucho tiempo, y el
universo como era en su
pasado distante.
¿Cómo era el Universo “al principio”?
(Hadrones)
(Hadrones)
MODELO ESTÁNDAR
MODELO ESTÁNDAR
El telescopio IceCube está compuesto
por más de 5.000 módulos digitales
ópticos suspendidos en un kilómetro
cúbico de hielo enterrado en el subsuelo
del Polo Sur.
Hay que mencionar que el observatorio
de la Fundación Nacional para la
Ciencias de Estados Unidos detecta
neutrinos a través de los delgados
flashes o luz azul producida cuando uno
de ellos interactúa con una molécula de
agua en el hielo.
El Gran Colisionador de Hadrones, (Large Hadron Collider, LHC) es un acelerador y
colisionador de partículas ubicado en el CERN (Ginebra), en la frontera franco-suiza. Fue
diseñado para colisionar haces de hadrones, más exactamente de protones, de hasta
7 TeV de energía.
El
Boson
de
Higgs
Dentro del colisionador dos haces de protones son acelerados en sentidos opuestos hasta
alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz, y se los hace chocar entre sí produciendo
altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos
eventos ocurridos inmediatamente después del big bang.
Una traza hipotética del bosón de Higgs en una
colisión simulada de protón-protón.
ESKERRIK ASKO!