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Curso de AstronomíaContenidos del curso

• Breve historia y el lado oscuro• Sistemas Planetarios• Instrumentos y técnicas de observación• Fauna estelar / cosmología• Sesión de observación

Breve historia y el lado oscuro del Universo

• Podríamos situar el punto de partida de la Astronomía moderna en el siglo XVI, con la teoría heliocéntrica de Copérnico (1543), enfrentada a la geocéntrica vigente.

Desde entonces hemos ido a hombros de gigantes:

- Képler y sus leyes del movimiento planetario (1609).

- Galileo, padre de la física moderna y del método científico.

- Newton, con su ley de gravitación Universal.

- Einstein y su interpretación geométrica de la gravedad.

…

Continuamente sufrimos cambios en nuestra concepción del Universo, que nos hacen cada vez más pequeños y nos desplazan cada vez más del centro

En 1912 Vesto Slipher se dio cuenta de que el espectro de casi todas las nebulosas espiralespresentaba corrimiento al rojo, es decir, se alejaban de nosotros a altísimas velocidades.

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Años después, Hubble fue capaz de medir la distancia a M31 buscando en su interior estrellas variables cefeidas. Obtuvo una distancia de 800.000 años luz. M31 (y el resto de nebulosas espirales) eran otras galaxias como la Vía Láctea !

Hoy en día estimamos que en nuestro Universo observable (región del Universo de la que puede llegarnos información) hay unas 1011 galaxias. Es decir, 100.000.000.000 galaxias.

Hubble Ultra Deep Field

Universo en expansión

• Se observa que todas las galaxias parecen alejarse de la nuestra (corrimiento al rojo, redshift, z).

• Además la velocidad es mayor cuanto más lejos estéla galaxia observada. Hubble reflejó este hecho en su famosa ley: V=H0*d. H es el parámetro de Hubble.

• Siendo capaces de determinar correctamente H0podríamos saber la distancia a la que está una galaxia simplemente midiendo su velocidad de alejamiento... Aceptamos H0 ~ 70 km/s/Mpc.

• Hubble señaló que la Vía Láctea no ocupa un lugar privilegiado. El corrimiento al rojo observado podría explicarse con un Universo en expansión, en el que todas las galaxias estuvieran alejándose unas de otras (corrimiento al rojo cosmológico).

• ¿Cómo interpretar que todas las galaxias parezcan alejarse de la nuestra y además lo hagan más rápido cuanto más lejos estén?

• Esta expansión tiene lugar en los espacios entre los cúmulos de galaxias, no dentro de los cúmulos, ni mucho menos dentro de las galaxias, donde prevalece la gravedad.

• Se deduce que 13.700 millones de años atrás, todo el contenido del Universo debía estar en un estado de singularidad.

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El lado oscuro…

• Ahora bien, en la actualidad creemos que la materia ordinaria solo representa un 4’5% del Universo.

• En nuestro Universo, denominamos materia ordinaria a la formada por estrellas, gas y polvo, las galaxias, etc...

• Curiosamente la gran parte de esa masa ordinaria se encuentra bajo la forma de gas muy caliente en los cúmulos de galaxias (su emisión X nos sirve para trazar los cúmulos).

¿Por qué pensamos que nos falta el 95% del Universo y bajo qué forma se encuentra?

• En la primera mitad del siglo XX, Zwiky ya se dio cuenta de que para explicar la dinámica de las galaxias en los cúmulos estos debían contener mucha más masa que la observada.

Observada

Teórica

• Por otra parte, la curva de rotación de la galaxia indica que esta ha de contener en el halo mucha más masa que la observada.

• Otras observaciones apoyan este resultado: como son las lentes gravitacionales o las anisotropías en el fondo de microondas.

• Este es un primer componente del contenido incógnito del Universo. Es la materia oscura y supera cinco veces en masa a la materia ordinaria.

• Hoy en día pensamos que la materia oscura ha de estarformada por partículas aun desconocidas (nueva física…),masivas y de interacción muy débil y por lo tanto difíciles de detectar. Al ser muy masivos se moverían despacio y tenderían a estar concentrados (materia oscura fría).

Distribución de materia oscura en el cúmulo de la Bala, (Chandra)

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Estimamos que la materia oscura, presente en las galaxias y en los cúmulos de galaxias, representa un 23% de la masa del Universo… ¿Y el 72% restante?

Bóveda celeste en microondas. Es extremadamente homogéneo (cosa misteriosa…); las diferencias de color simbolizan minúsculas anisotropías muy importantes de cara a la posterior formación de macroestructuras.

El modelo cosmológico estándar predecía la existencia del fondo de microondas, que se encontró accidentalmente en 1965 con las características exactas a las predichas.

Las anisotropías del fondo de microondas nos dan información sobre la geometría del Universo. Está muy próximo a ser euclídeo (¿infinito?).

Pero solo somos capaces de detectar el 27% de la masa / energía necesarias para que la densidad sea la crítica y por lo tanto el Universo sea euclídeo (y encima el 23% es materia oscura !!)

Recordemos que el modelo clásico de un Universo plano describe un Universo que se expande cada vez más lentamente por la acción de frenado de la gravedad… Pues bien, el estudio de supernovas lejanas arroja que el Universo se expande aceleradamente desde que alcanzó una edad de unos 9.000 millones de años (aprox).

Para explicar la geometría euclidea necesitamos un ingrediente que aporte el 75% de la masa - energía del Universo.

Además ha de tener un carácter repulsivo, que explique la expansión acelerada. Y esa acción repulsiva tiene que haber empezado a dominar cuando el Universo alcanzó una edad de unos 9.000 millones de años.

Hoy pensamos que ese ingrediente, la energía oscura , es un tipo de energía asociada al vacío. Un volumen de espacio ha de tener una energía mínima asociada (de presión negativa y por lo tanto opuesta a la acción de la gravedad). Aparece en el modelo actual como una reintroducción de la Constante Cosmológica Λ que Einstein forzó para obtener un Universo estático.

• El aspecto del cielo no es siempre el mismo. Depende de la combinación de los múltiples movimientos de la Tierra y de nuestra posición en ella.

• Recordemos que…– La Tierra rota sobre si misma.– Se mueve alrededor del Sol.– A su vez el Sol se mueve alrededor del

núcleo de la Vía Láctea.

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• Nos encontramos en nuestra galaxia, la Vía Láctea, a unos 8 Kpc (25.000 años luz) del núcleo.

Nuestro lugar de observación: planeta Tierra

Bóveda celeste

• De noche sólo vemos las estrellas más cercanas a nosotros, pertenecientes todas a la Vía Láctea.

• La bóveda celeste se organiza en 88 regiones arbitrarias: las constelaciones.

• Ahora describiremos brevemente las causas de que el cielo cambie…

Movimiento de rotación

Cada 24 h (aprox.) la Tierra rota sobre si misma. Esto ocasiona que los astros salgan por el E y se oculten por el O, y sólo podamos ver los que se encuentran en el extremo opuesto al Sol (noche).

Efecto de la latitud

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Región circumpolar Movimiento de traslación

• La Tierra completa una órbita alrededor del Sol cada 365 días.

• Visto desde la Tierra, el Sol se mueve día tras día con respecto al fondo de estrellas “fijas”.

• El camino que sigue el Sol se llama Eclíptica, y no es más que el plano de la órbita de nuestro planeta, la Tierra.

• Según la Tierra sigue su orbita, las estrellas opuestas al Sol cambian: cada día las estrellas salen por el E y se ponen por el W cuatro minutos antes. Por eso, en cada estación vemos distintas estrellas.

• El Sol, en su camino por la eclíptica, atraviesa trece constelaciones: las del Zodíaco (¿12?).

Movimientos menores de la Tierra:

• La Precesión…

• … y la Nutación.

Precesión

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Nutación

• Debido al achatamiento terrestre, la Luna provoca una pequeña perturbación cíclica sobre la precesión.

• Tiene un período de 18 años.

• Su efecto es mucho menor que el de la precesión.

• Aquí la vemos combinada con la precesión, cada ciclo “pequeño” dura 18 años.

Rotación de la Vía Láctea• Todo el material de nuestra galaxia (estrellas,

gas, polvo…) orbita en torno al núcleo: la Vía Láctea rota.

• El Sol completa una órbita cada 225 millones de años.

• Las posiciones relativas de las estrellas, y por lo tanto el cielo que vemos, será completamente distinto dentro de millones de años.

Coordenadas Ecuatoriales

La A.R. se mide de 0 a 24 horas sobre el ecuador celeste, hacia el E (flechas verdes) empezando en el punto donde está el Sol el 21 de marzo, el equinociode Primavera. Se llama el punto Aries, aunque realmente está en Piscis, por la precesión de los equinocios.

La Dec. se mide sobre el ecuador celeste, de 0º en el ecuador a +90º (N, estrella polar) y a -90º (S, Octante).

Coordenadas de Vega.

Animación

magnitud aparente (m) de un objeto

• El brillo de los objetos celestes depende de su luminosidad intrínseca y de la distancia a la que estén.

• Se usa el concepto de magnitud aparente para referirse al brillo de un objeto visto desde la Tierra.

• Los astros más débiles visibles a simple vista tienen mag 6, las estrellas más brillantes mag 0 ó 1, Venus mag – 4, la Luna -13 y el Sol – 27.

Nomenclatura de las estrellas

• Dentro de una constelación, a la estrella más brillante se la designa α, a la segunda β, la tercera es γ…(notación de Bayer)

• En los mapas de estrellas encontraremos galaxias, nebulosas, cúmulos… clasificados en catálogos de objetos.

• Veremos los 110 objetos del catálogo de Messier(M 45, M8…), los NGC (New General Catalog, 7840 objetos compilados por Dreyer en 1880), como NGC 3982.