COSMOLOGIA

La cosmologia :

-Se ocupa del estudio del universo en su conjunto, en el que se incluyen teorías sobre su origen, su evolución, su estructura a gran escala y su futuro. Parte de la Ciencia que estudia el Universo en su totalidad se llama Cosmología.

La Cosmología se ocupa científicamente de aspectos como la composición del Universo, su estructura, forma, origen, evolución y destino final. Para ello, se sirve de la observación astronómica y el conocimiento científico.

-Como una nueva teoría que se precie debe también predecir nuevos fenómenos que luego sean ratificados por la observación. Y la teoría de la relatividad general del Einstein cumplió también con este requisito. Esta teoría imagina el espacio- tiempo como una entidad deformable y dinámica. El espacio que contiene a la materia deja ya de ser inerte a esta materia y se ve modificado por ella. Para Einstein la fuerza gravitacional que Newton imaginara entre distintos cuerpos masivos ya no tiene razón de ser y es abolida de un plumazo. En su lugar, Einstein imaginaba la gravitación como un efecto geométrico. La materia hace curvar al espacio que la contiene, modifica las propiedades geométricas del espacio, y no lo hace de manera caprichosa sino siguiendo las indicaciones precisas escritas en las ecuaciones de la relatividad general.

El tiempo también se ve afectado, y el fluir del tiempo se modifica cercanías de campos gravitaciones intensos, los planetas en este nuevo marco teórico, siguen orbitas keplerianas no porque una fuerza newtoniana nos mantenga unidos al sol, sino simplemente porque la gran masa del astro, consuno la presencia, curvo el espacio que lo rodea y a los planetas no les queda otra opción que recorrer sus caminos sobre un espacio curvo.

Pero si es verdad que al fuerza de Newton no existe más y que la gravitacional se debe a la curvatura del espacio, entonces esta curvatura afectara no solo a los objetos con masas sino también a toda entidad que se desplace en los alrededores del sol, incluso a los corpúsculos de la luz.

TEORIA DEL BIG BANG

 La teoría del Big Bang (gran explosión) es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal. Técnicamente, este modelo se basa en una colección de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big Bang" se utiliza tanto para referirse específicamente al momento en el que se inició la expansión observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido más general para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del mismo.

 la expresión Big Bang proviene de  Hoyle, uno de los detractores de esta teoría quien dijo, para mofarse, que el modelo descrito era sólo un big bang (gran explosión). No obstante, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una “singularidad” infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.

La idea central del Big Bang es que la teoría de la relatividad general puede combinarse con las observaciones de isotropía y homogeneidad a gran escala de la distribución de galaxias y los cambios de posición entre ellas, permitiendo extrapolar las condiciones del Universo antes o después en el tiempo.

Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo,  Gamow  pudo predecir que debería de haber evidencias de un fenómeno que más tarde sería bautizado como radiación de fondo de microondas.

MODELO INFLACIONARIO

La inflación cósmica es un conjunto de propuestas en el marco de la física teórica para explicar la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales y resolver el llamado problema del horizonte. La inflación fue por primera vez propuesta por  Alan Guth,  Linde, y  Albrecht junto con Steinhardt le dieron su forma moderna.

Aunque el mecanismo responsable detallado de la física de partículas para la inflación se desconoce, la imagen básica proporciona un número de predicciones que se han confirmado por pruebas observacionales. La inflación es actualmente considerada como parte del modelo cosmológico estándar de Big Bang caliente. La partícula elemental o campo hipotético que se piensa que es responsable de la inflación es llamada inflatón.

La inflación sugiere que hubo un periodo de expansión exponencial en el Universo muy pre-primigenio. La expansión es exponencial porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa exponencialmente, debido a la métrica de expansión del Universo. Las condiciones físicas desde un momento hasta el siguiente son estables: la tasa de expansión, dada por la constante de Hubble, es casi constante, lo que lleva a altos niveles de simetría. La inflación es a menudo conocida como un periodo de expansión acelerada porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa a una tasa acelerante cuando se mueven alejándose. 

COLISIONADOR DE HADRONES (LHC)

-El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el mayor acelerador de partículas del mundo. En este experimento, los físicos del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) hacen chocar entre sí partículas subatómicas (principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE). Estos registran las partículas resultantes de las colisiones para estudiar los elementos que componen la materia de la que está hecho el Universo, incluidos nosotros mismos, y sus interacciones.

-Situado en la frontera franco-suiz , el LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra. Es una de las máquinas más complejas construida nunca: sus 9.300 imanes superconductores, fundamentales para hacer girar los haces de partículas a velocidades cercanas a las de la luz, deben refrigerarse a una temperatura inferior a la del espacio exterior (-270 grados centígrados, cerca del cero absoluto); el interior del anillo es el lugar más vacío del Sistema Solar (10^-13 atmósferas) para evitar que las partículas colisionen con moléculas de gas; y cuando las partículas colisionan entre sí se generan temperaturas 100.000 veces más calientes que el interior del Sol.

-Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho denunciaron ante un tribunal de Hawái  y al Gobierno de Estados Unidos, afirmando que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos, serían capaces de provocar la destrucción de la Tierra. Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo matemático que la apoye.

Los procesos catastróficos que denuncian son:

·         La formación de un agujero negro estable.

·         La formación de materia extraña supermasiva, tan estable como la materia ordinaria.

·         La formación de monopolos magnéticos (previstos en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento del protón.

·         La activación de la transición a un estado de vacío cuántico.

A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como micro agujeros negros inestables, redes, o monopolos magnéticos. La conclusión de estos estudios es que "no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas".

TEORÍA DE CUERDAS

-La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.

-Sólo el hecho de que por ahora se la considere como la más firme candidata a unificar todas las fuerzas fundamentales debería ser razón suficiente pero afortunadamente no es la única. Tampoco podemos olvidar que nos ha dado nuevas e imaginativas propuestas de entender y resolver los problemas de la Física de Partículas y de la Cosmología Las técnicas que se han desarrollado pueden servir en otras disciplinas de la Física como ya ha pasado con el principio holográfico de Maldacena. Y no sólo en la Física, contrariamente a lo que suele ser habitual, las necesidades de la teoría de cuerdas han llevado a que los físicos desarrollen campos de las matemáticas como la compactificación de variedades o las simetrías espejo. Un cambio notable en la interacción historica entre la física y las matemáticas. Tampoco podemos despreciar lo que ha conseguido esta teoría al congregar dos ramas de la física como son la Relatividad General y la TCC que anteriormente se consideraban totalmente estancas, además de fenomenólogos, matemáticos y demás. Actualmente la comunidad de cuerdas es una de las más variadas y dinámica de la ciencia actual.

ESTRELLAS

Una estrella es todo objeto astronómico que brilla con luz propia; podría decirse que se trata de una esfera de plasma que mantiene su forma gracias a un equilibrio hidrostático de fuerzas. El equilibrio se produce esencialmente entre la fuerza de gravedad, que empuja la materia hacia el centro de la estrella, y la presión que ejerce el plasma hacia fuera, que, tal como sucede en un gas, tiende a expandirlo. La presión hacia fuera depende de la temperatura, que en un caso típico como el del Sol se mantiene con la energía producida en el interior de la estrella. Este equilibrio seguirá esencialmente igual en la medida de que la estrella mantenga el mismo ritmo de producción energética.

SISTEMAS ESTELARES

Un sistema estelar es la agrupación de dos o más estrellas que orbitan en torno a un centro de gravedad común, ligadas por lo tanto por la fuerza de gravedad. Un gran número de estrellas vinculadas por la gravitación se denomina un cúmulo estelar o una galaxia, si bien, en un sentido extenso ambos son sistemas estelares. 

SISTEMAS ESTELARES BINARIOS 

Un sistema estelar de dos estrellas es conocido como estrella binaria o estrella doble. Si no hay fuerzas de marea, ni perturbaciones producidas por otras fuerzas, ni transferencias de masa de una estrella a la otra, se trata de un sistema estable, y las dos estrellas trazan una órbita elíptica en torno al centro de masas del sistema de forma indefinida. 

SISTEMAS ESTELARES MÚLTIPLES 

Un sistema estelar con tres o más estrellas se denomina estrella múltiple. Sistemas con tres o más estrellas pueden ser inestables, y uno de los acontecimientos finales puede ser la expulsión de una o más estrellas del sistema. Las estrellas múltiples pueden nombrarse como triples si están compuestas por tres estrellas, cuádruples si tienen cuatro y así sucesivamente.

AGRUPACIONES ESTELARES

Los cúmulos estelares son agrupaciones de estrellas de gran tamaño. El estudio de los mismos ayuda a comprender la evolución estelar, puesto que las estrellas que forman cada uno de ellos se formaron en la misma época y a partir del material de una misma nube molecular. Cuando los cúmulos estelares son gigantescos se denominan súper cúmulos estelares.

TIPOS DE AGRUPACIONES ESTELARES

Cúmulos globulares son agrupaciones densas de centenares de miles o millones de estrellas viejas. Los cúmulos globulares, más densos, son más estables frente a su disgregación. Agrupación de 105 a 106 estrellas viejas, gravitacionalmente ligadas, con distribución aproximadamente esférica, y que órbita en torno a una galaxia de manera similar a un satélite. Son estas estrellas viejas las que le dan a los cúmulos globulares su típico color dorado, sólo visible por medio de la fotografía en color.

Cúmulos abiertos contienen generalmente centenares o millares de estrellas jóvenes o de edad intermedia. Los cúmulos abiertos son disgregados a lo largo del tiempo por su interacción gravitatoria con nubes moleculares en su movimiento por la galaxia.  Son grupos de estrellas formados a partir de una misma nube molecular, sin estructura y en general asimétricos. También se denominan cúmulos galácticos, ya que se pueden encontrar por todo el plano galáctico.

ASOCIACIONES

Grupos de estrellas con características físicas similares y que se encuentran reunidas en una cierta región del espacio.
No deben confundirse con los cúmulos estelares porque, al contrario de éstos, tienen una densidad bastante menor y no están caracterizados por una estructura particular. Entre asociaciones y cúmulos existe sin embargo una relación, ya que en el centro de muchas asociaciones se han descubierto cúmulos abiertos.

TEMPERATURA DE ESTRELLAS

Para estimar la temperatura superficial de una estrella, podemos utilizar la relación conocida entre la temperatura de un cuerpo negro y la longitud de onda de la luz en los picos de su espectro. Esto es, a medida que se incrementa la temperatura de un cuerpo negro, el máximo de su espectro se mueve hacia longitudes de onda de luz más cortas (azuladas).

Las estrellas frías irradian la mayor parte de su energía en las zonas roja e infrarroja del espectro electromagnético y por eso son de color rojo, mientras que las estrellas calientes  emitan mayormente longitudes de onda, azules y ultravioletas, haciendo que parezcan azules o blancas.

DIAGRAMA DE HERTZSPRUNG- RUSSELL

El diagrama Hertzsprung-Russell relaciona la clasificación espectral con la magnitud absoluta, luminosidad y temperatura superficial de las estrellas. Existe una regla nemotécnica para recordar la secuencia, consistente en una frase en inglés cuyas palabras empiezan por esas letras: Oh Be A Fine Girl/Guy/Gay, Kiss Me Right Now Sweetly. Muestra el resultado de numerosas observaciones sobre la relación existente entre la magnitud absoluta de una estrella y tipo espectral. Fue realizado en 1905 por el astrónomo Ejnar Hertzsprung y, de manera independiente, en 1913 por Henry Norris Russell. El diagrama de Hertzsprung mostraba la luminosidad de las estrellas en función de su color, mientras que el diagrama inicial de Russell mostraba la luminosidad en función del tipo espectral. Ambos diagramas son equivalentes. El diagrama H-R se utiliza para diferenciar tipos de estrellas y para estudiar la evolución estelar

 MASA DE LAS ESTRELLAS

Existe una relación clara entre la masa de una estrella y la duración de su ciclo vital. Cuanto mayor es la masa de una estrella, menos tiempo tarda en consumir su combustible nuclear. La relación entre la masa y la vida estelar se puede resumir con una gráfica como la siguiente.

ESTRUCTURA INTERNA DE LAS ESTRELLAS

Las estrellas son enormes aglomeraciones de gas, constituidas principalmente de Hidrógeno, cuya temperatura es tan alta debido a los procesos termonucleares que ocurren en su interior, que producen todos los tipos de luz, desde los rayos gamma hasta el radio. En el núcleo es donde se producen las reacciones nucleares que generan su energía. 

 El Sol es una estrella típica en el Universo. Para entender como
funciona nuestro Sol, es conveniente imaginar su interior como si estuviera formado por diferentes capas, una dentro de la otra como las capas de una cebolla.   El núcleo solar está formado de gas muy caliente y denso llamado plasma que es como la llama del  fogón de gas de nuestras casas. Alcanza una enorme temperatura, alrededor de los 15 millones de  grados Kelvin.
En el núcleo es donde se genera toda la energía que alimenta la estrella. Debido a los enormes valores de temperatura y presión, los átomos de Hidrógeno colisionan a gran velocidad. La fuerza de las colisiones es tan alta que une los núcleos de Hidrógeno formando Helio, en un proceso llamado Fusión Nuclear.
Diversos procesos de fusión generan energía y convierten el Hidrógeno en Helio. 
El más importante se denomina cadena protón-protón.

VIDA DE UNA ESTRELLA

Una nube de gas, si es lo suficientemente grande, comienza a contraerse. La densidad y la temperatura aumentan, de manera que la fusión nuclear puede comenzar. Esto es cuando el Hidrógeno se convierte en Helio. Al "quemarse" el Hidrógeno, la contracción se detiene. En este momento, el gas se convierte en estrella. Este es el estado en que se encuentra nuestro Sol. Después de billones de años, la mayoría del hidrógeno combustible se ha "quemado", y la estrella comienza a contraerse de nuevo. La estrella tiene que usar otro combustible, el Helio. La etapa siguiente en la vida de una estrella se llama gigante roja. La estrella es ahora mucho mayor que al principio. Cuando a la estrella roja gigante se le acaba el combustible, la estrella comienza a contraerse nuevamente. Esta contracción calienta mucho el núcleo de la estrella, de manera que se forman elementos más pesados . Cuando a la estrella se le acaba este último tipo de combustible, ha llegado al final de su vida. La estrella comienza a desprender capas porque no puede contenerlas por mas tiempo. Esto se llama nebulosa planetaria. El centro de la estrella se convierte en una enana blanca. Esta es una estrella extremadamente densa que tiene el tamaño de un planeta. Finalmente, cuando la enana blanca ha utilizado toda su energía, para de brillar y se convierte en una "enana negra", es decir, una estrella muerta. Se espera que esta sea la última etapa de nuestro Sol. Para las estrellas con masas mayores que el Sol (hasta 40 veces más grandes), las capas externas de la estrella pueden ser arrojadas con más fuerza. Esto es una supernova. Este tipo de estrella colapsa a un tamaño muy compacto. A esto es lo que le llaman una "estrella neutrónica". Las estrellas más de 40 veces mayores que el Sol pueden convertirse en un "agujero negro" .

ESTRELLAS DE NEUTRONES

Una estrella de neutrones es un tipo de remanente estelar resultante del colapso gravitacional de una estrella super gigante masiva después de agotar el combustible nuclear en su núcleo y explotar como una supernova tipo II, tipo Ib o tipo Ic. Como su nombre lo indica, estas estrellas están compuestas principalmente de neutrones, más otro tipo de partículas tanto en su corteza sólida de hierro, como en su interior, que puede contener tanto protones y electrones, como piones y kaones. Las estrellas de neutrones son muy calientes y se apoyan en contra de un mayor colapso mediante presión de degeneración cuántica, debido al fenómeno descrito por el principio de exclusión de Pauli. Este principio establece que dos neutrones (o cualquier otra partícula fermiónica) no pueden ocupar el mismo espacio y estado cuántico simultáneamente.

AGUJERO NEGRO

Región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Sin embargo, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación. La radiación emitida por agujeros negros  no procede sin embargo del propio agujero negro sino de su disco de acreción.

La gravedad de un agujero negro provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. El horizonte de sucesos separa la región del agujero negro del resto del universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo los fotones. Dicha curvatura es estudiada por la relatividad general, la que predijo la existencia de los agujeros negros y fue su primer indicio. Se conjetura que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay masivos. La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas

ESTRELLAS VARIABLES

 VARIABLES ERUPTIVAS: su variación es irregular y se debe a fenómenos tipo “flare” de la cromosfera o corona de la estrella, acompañados de pérdida de masa y/o por la interacción de los fenómenos anteriores con el medio interestelar vecino

 VARIABLES PULSANTES: fluctúan de forma periódica o semiregular y presentan contracción y expansión de su superficie que puede ser radial o no. También pueden presentar cambios más o menos regulares en su forma, no siempre esférica.

VARIABLES POR ROTACIÓN: Son estrellas de brillo no uniforme (por presencia de importantes “manchas” o fenómenos similares relacionados con irregularidades de sus campos magnéticos) o variables de forma elipsoidal cuya variación se debe a su rotación axial y el efecto de esta desde el ángulo de visión del observador.

VARIABLES CATACLISMICAS: Se caracterizan por explosiones que pueden ser causadas por fenómenos termonucleares en su superficie (estrellas Novas) o de su interior (Supernovas). También pueden ocasionarse por la caída de material rico en hidrógeno de un disco acreción sobre la superficie de una enana blanca.

 VARIABLES ECLIPSANTES: Tal como su nombre indica su variación de luz se debe a los eclipses entre las estrellas de un sistema binario.  pueden utilizarse 3 criterios: A) Según la forma de su curva de luz. B) Según las características físicas de sus componentes. C) Según el nivel de saturación de sus lóbulos de Roche,

NEBULOSA PLANETARIA

Una nebulosa planetaria es una nebulosa de emisión consistente en una envoltura brillante en expansión de plasma y gas ionizado, expulsada durante la fase de rama asintótica gigante que atraviesan las estrellas gigantes rojas en los últimos momentos de sus vidas.

MEDIO INTERESTELAR

Contenido de materia y energía que existe entre las estrellas dentro de una galaxia. El medio interestelar desempeña un papel crucial en astrofísica a causa de su situación entre las escalas estelar y galáctica. Las estrellas se forman dentro de regiones frías de medio interestelar, al tiempo que éstas reponen materia interestelar y energía a través de los vientos estelares y las explosiones de supernova. Esta interacción entre estrellas y materia interestelar fija el porcentaje en que una galaxia reduce su contenido gaseoso y por tanto determina la vida de la formación estelar activa.

El medio interestelar está formado por un plasma extremadamente diluido para los estándares terrestres.

El medio en sí es una mezcla heterogénea de átomos, moléculas, polvo y rayos cósmicos envueltos en un campo magnético. La materia está compuesta a su vez de alrededor de un 99% en masa por partículas de gas y un 1% por polvo.

La composición química del gas, es de  hidrógeno, helio y  elementos más pesados, comúnmente llamados metales en la jerga astro física.

VIA LACTEA

Es la galaxia espiral en la que se encuentra el Sistema Solar y, por ende, la Tierra. Según las observaciones, posee una masa de 10¹² masas solares y es una espiral barrada; con un diámetro medio de unos 100.000 años luz, estos son aproximadamente 1 trillón de km, se calcula que contiene entre 200 mil millones y 400 mil millones de estrellas. La distancia desde el Sol hasta el centro de la galaxia es de alrededor de 27.700 años luz . La Vía Láctea forma parte de un conjunto de unas cuarenta galaxias llamado Grupo Local, y es la segunda más grande y brillante tras la Galaxia de Andrómeda.

GALAXIA 

Conjunto de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo cósmico, materia oscura y quizá energía oscura, unido gravitatoriamente. La cantidad de estrellas que forman una galaxia es incontable, desde las enanas, con 10⁷, hasta las gigantes, con 10¹² estrellas . Formando parte de una galaxia existen subestructuras como las nebulosas, los cúmulos estelares y los sistemas estelares múltiples.

-Cuando nos referimos al color de las galaxias, por lo general estamos hablando de la población estelar. Las primeras galaxias no contenían ningún tipo de gas o polvo, lo que da como resultado que no se formen estrellas, lo cual provoca que la galaxia se vea dominada por un color rojizo, propio de este tipo de galaxias. los cúmulos de tipo espiral sí forman estrellas y por lo tanto los identifica un color mas bien azulado. Ambos tipos están determinados,  por el tipo de población, aunque también hay otros parámetros que afectan el color de las galaxias, como por ejemplo la presencia de polvo.

-El tamaño de las galaxias se ve determinado por la medición de su extensión angular en el cielo y la determinación de su distancia real.  la Vía Láctea, es considerada una galaxia grande.

-La luminosidad de las galaxias puede ser determinada midiendo su magnitud y combinándola con su distancia. En lo que respecta al tamaño, la determinación de la magnitud de las luminosidades es complicado, ya que es bastante difícil definir una localización precisa de lo que se podría llamar el "borde" de una nebulosa.

QUASARES

Un cuásar es una fuente astronómica de energía electromagnética, que incluye radiofrecuencias y luz visible.

Objetos que están extremadamente lejos, lo que explicaría su alto grado de corrimiento al rojo, son extremadamente luminosos, permitiendo su visión a pesar de su distancia, y muy compactos, que sería la causa de los cambios rápidos en la magnitud de brillo. Se cree que son núcleos activos de galaxias jóvenes en formación.