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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
(…una adaptación de Julen Sarasola para la AMU Bizkaia)
Noviembre de 2013
La apasionante evolución del pensamiento humano:
”De los mitos a los modelos científicos”
La Tierra
8.000 km de diámetro hacia el año 500 A.C.
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La Tierra esférica
Fecha de nacimiento: 276 a.C., Cirene, Shahhat, LibiaFecha de la muerte: 194 a.C., Alejandría, Egipto
7º
7ºAlejandriatik Sienara 700 km distantzia eta Alejandrian 7º makurtuagoa Eguzkia
SIENA
ALEJANDRIA
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
1.800 años después de Hiparco…Tolomeo (S.II)
Copernico (S.XVI)
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
Observatorios Astro Estrellas de fondo
Angulo de paralaje Angulo de paralajeA
B
Paralaje grande de un objeto próximo
EL PARALAJE
ObservatoriosAstro
Estrellas de fondo
Angulo de paralaje Angulo de paralajeA
B
Paralaje pequeño de un objeto lejano
EL PARALAJE
ObservatoriosAstro
Estrellas de fondo
Angulo de paralaje Angulo de paralajeA
B
Paralaje pequeño con telescopio de gran aumento
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.
α = 21”
tang 21”=0,0001=8.000 km 80.000.000 km
D
Paris
Guayenne
Marte
Dando una distancia a la Tierra (dM-S - dT-S) de 80 mill. de km.
Distancia del Sol a la Tierra: 150 millones de km = 8 minutos luz
Utilizando la 3ªLey de Kepler:
(dM-S /dT-S )3 =(2 años/1 año)2
Marte en OPOSICIÓN al Sol
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
VTS_01_2.VOB
Diametro del Sol: 1.400.000 km
Tamaño del Sistema Solar: 1 mes-luz
Halley y Urano (S.XVIII)
Neptuno (S.XIX)
Plutón (S.XX)
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 adiferentes distancias del Sistema Solar?
-si unas estrellas estuvieran más cerca que otras exibirían un paralaje estelarfrente 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.
* las estrellas exiben diferentes brillos: si todas estuviesen a la misma distancia del Sol la diferencia de brillo solo sería debido a su diferente luminosidadintrínseca, 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)
Sinembargo ya en el s. XVIII se sabía:
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…
* 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).
EL PARALAJE
ObservatoriosAstro
Estrellas de fondo
Angulo de paralaje Angulo de paralajeA
B
Paralaje muy pequeño con base de observación pequeña
EL PARALAJE
Observatorios
Astro
Estrellas de fondo
Angulo de paralaje
Angulo de paralajeA
B
Paralaje menos pequeño con base de observación grande
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 GalaxiaS.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 suuniverso 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 radialDesplazamiento y velocidad transversal 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 deMagallanes.
v = z.cv = (1- (1+z)-2)1/2 . c (donde z =Δλ/λ0)
Distribución de los cúmulos globulares en La Galaxia
El centro galáctico
(Harlow Shapley, 1920)
Otras galaxias
Galaxia de Andromeda, M31, a 2 millones de años-luz.
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.
La imagen de luz visible más profunda del cosmos, el Campo Ultra Profundo del Hubble.
La edad de la Tierra*la radiactividad
La energía del Sol*el espectro solar: el helio*el horno nuclear *estructura en “capas de cebolla”
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
Tipos de estrellas
Evolución estelar
diagrama Hertzprung-Russell
Pulsar
PSR B1919 21
Estrella de neutrón y pulsar
https://www.google.com/images?q=pulsar%20LGM%20PSR%20B1919%2021&tbm=isch#facrc=_&imgdii=_&imgrc=IazUY6jU4z2_JM%3A%3BqZNzlVCp73Nk3M%3Bhttp%253A%252F%252Fwpcontent.answcdn.com%252Fwikipedia%252Fcommons%252F7%252F7f%252FCycle_of_pulsed_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).
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 comoel CP 1919 ó el PSR J1921 2153 .
Se encuentra en la constelación de Vulpecula, entre las estrellas Vega y Altair.
Jocelyn Bell Burnell
William Herschel’s 40’
telescope• John Herschel’s
“Ode to ....40’
telescope”
• Alfred Noyes –The Torchbearers
97
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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.
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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)’
Adrienne Rich
• PLANETARIUMThinking of CarolineHerschel (1750-
1848)astronomer, sister
ofWilliam; and others.Caroline Herschel
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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 mismaluminosidad intrínseca tomadas en su conjunto.
El “Universo Observable “(…en edad y tamaño)
v = Ho .D
Para el valor de v = c (300.000 k/s), D = 14.000 millones de años luz.
…un universo sin centro….
Radiación de fondo
Wilson y Penzias con la famosa antena de fondo
El origen del Universo
Telescopio espacial Hubble: HSTVisible e infrarrojo
RadioastronomíaRadioantena de microondas y radio
Observatorio espacial: HISAKIultravioleta
Observatorio espacial: CHANDRARayos X
Observatorio espacial: COMPTONRayos 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 quasaresse 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.
Una traza hipotética del bosón de Higgs en una colisión simulada de protón-protón.
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.
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.
ElBoson
de Higgs
ESKERRIK ASKO!
