Año Internacional de la Astronomía. En España AIA-IYA2009

AÑO INTERNACIONAL DE LA ASTRONOMÍA-EN ESPAÑA AIA-IYA2009

Ayer, en la introducción del día, anterior a los conceptos con que  cierran éstas colaboraciones, finalizamos haciendo referencia a la frase de Darwin cuando dijo que, “En alguna pequeña charca caliente, tendrían la oportunidad de hacer el trabajo y organizarse en sistemas vivos.”

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo es difícil no conjeturar que, allí, junto a estos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas.

En el comentario de ayer, ya nos referimos a los elementos más abundantes del Universo: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON).

Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K (tipo espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que muchos suponen que está diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

Descubrir qué es realmente esta materia oscura (yo prefiero llamarla no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos ahora en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

Andrómeda, la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación. Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores. Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente para barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su parte interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el número de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada durante toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos para formar un plasma cargado de electricidad.

También existe una amplia variedad de densidades dentro del medio interestelar. En la modalidad más ligera, la materia que está entre las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, unos pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos -composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Mañana continuaré comentando sobre este interesante tema, y, ahora dejemos algunos de los términos que nos explican cuestiones del Universo y sus fuerzas y constantes que, siempre quisimos saber y nunca nos explicaron de manera sencilla que nos permitiera su comprensión.

Paradoja de los gemelos. Ejemplo de lo que ocurre cuando se viaja a una velocidad cercana a la de la luz que es el límite impuesto por el Universo.

La paradoja es una proposición contradictoria.  Las paradojas son más útiles cuando parece más probable que sean verdaderas, pues es entonces cuando mejor sirven para revelar los efectos de los datos o el razonamiento que originó su aparición.

Dicho lo anterior, pasemos a explicar la paradoja de los gemelos que surgió de la teoría de la relatividad especial de A.Einstein:

Si uno de un par de gemelos permanece en la Tierra mientras que el otro gemelo hace un viaje a las estrellas distantes a velocidades cercanas a la de la luz y a continuación regresa a la Tierra, los gemelos habrán envejecido de forma diferente.

El gemelo que permanece sobre la Tierra habrá envejecido considerablemente más que el gemelo viajero de las estrellas.

Esta paradoja puede explicarse por la geometría de Minkowski (espacio-tiempo).  La línea de Universo del gemelo que permaneció en casa corría más rápida en el tiempo que la línea de Universo del gemelo que viajó a la velocidad próxima a la de la luz que, ralentizó el tiempo en un factor:

que demuestra que el tiempo transcurrido para el gemelo que permanece sobre la Tierra es mayor que el transcurrido para el gemelo astronauta que, por los efectos relativistas de la velocidad más alta, ha sido frenado y transcurre más lentamente.

Es curioso que, el propio gemelo viajero y sus compañeros de viaje, no se den cuenta de que su tiempo es más lento, ellos miran sus relojes y ven como sus manecillas se mueven como siempre.  Pero en realidad, no es así, dentro de la nave, todo marcha y se mueve a cámara lenta, sin embargo, solo puede ser detectado por un observador exterior que pudiera estar contemplándolos desde fuera.

La relatividad especial y sus curiosas consecuencias debidas a la velocidad, han sido más que comprobadas en múltiples experimentos, como por ejemplo el aumento de masa de los cuerpos que viajan a estas velocidades relativistas (comprobado por el aumento de masa de un muón en el acelerador de partículas).  Es la consecuencia de E=mc² (energía = a masa).

Paralaje.

Desplazamiento aparente de un objeto distante (con respecto a un fondo aún más distante) cuando se observa desde dos posiciones diferentes.  Si dicho objeto se observa desde dos puntos en los dos extremos de una línea, que forma la base, el ángulo entre líneas que unen al objeto y los extremos de la línea de la base es el ángulo de paralela.

Si la línea de la base es la distancia entre los dos ojos de un observador, el ángulo se llama paralaje binocular.

Podemos decir que es el desplazamiento angular en la posición aparente de un cuerpo celeste cuando se observa desde dos puntos diferentes.  La paralaje diurna resulta de la rotación diaria de la Tierra, siendo el cuerpo celeste observado desde la superficie de la Tierra en vez de desde dentro de su centro.  La paralaje anual es causada por el movimiento de la Tierra alrededor del Sol, siendo el cuerpo celeste observado desde la Tierra en vez desde el centro Sol.  La paralaje secular esta causada por el movimiento del Sistema Solar relativo a  las estrellas fijas.

Pársec. (símbolo pc)

Unidad básica de distancia estelar, correspondiente a una paralaje trigonométrica de un segundo arco (1″).  En otras palabras, es la distancia a la que una unidad astronómica subtiende un arco de un segundo en su ángulo.

El pársec es igual a 3’2616 años-luz.

206.265 UA, o

30,857×10¹² km.

Para las distancias a escalas galácticas e intergalácticas, se emplea el kiloparsec (kpc) y el megaparsec (Mpc).

El Año Internacional de la Astronomía, en España AIA-IYA2009, se despide hasta mañana.

Su humilde embajador: emilio silvera.