viernes, 19 de enero de 2018

De la composición de las estrellas a la expansión del universo

Uno de los descubrimientos más importantes de la astronomía fue que las estrellas y la Tierra, en gran medida, constan de la misma materia. Todo empezó -como tantas cuestiones de la ciencia moderna- con Isaac Newton. En 1665, Newton , a la sazón un joven científico , hizo pasar un rayo de sol-obtenido al dejar a oscuras la habitación, salvo por un pequeño agujero dejado en el postigo de la ventana-  a través de un prisma, y de esta forma vio que el rayo de sol se dispersaba dando origen a los consabidos rayos del arco iris. Concluyó que la luz blanca del sol contenía todos estos colores, y estaba en lo cierto.




Ciento cincuenta años después, otro científico examinó con más cuidado la luz así dispersada y descubrió bandas oscuras entre los colores; coligió que se debían a la existencia de materiales en la atmósfera exterior del Sol, que estaban absorbiendo luz de ciertos colores ( o longitudes de onda). Estas “líneas de absorción”, como se les dio en llamar, pudieron identificarse con longitudes de onda luminosas que, según se comprobó, eran absorbidas por materiales conocidos en la Tierra, como por ejemplo hidrógeno, oxígeno, hierro, sodio y calcio.



En 1868, otro científico observó dos nuevas líneas de absorción en la zona amarilla del espectro solar, que no se correspondían con ningún elemento conocido en la Tierra. Decidió que debía corresponderse con algún elemento nuevo que denominó helio. Una generación más tarde se descubrió helio en la Tierra.
Examinar el espectro de radiación que procede de otras estrellases una técnica científica relevante para comprender la composición, temperatura y evolución de tales estrellas. A partir de 1912, Slipher examinó los espectros luminosos procedentes de varias nebulosas espirales y halló que eran similares a los de estrellas cercanas, salvo por el hecho de que todas las líneas de absorción se desplazaban en una misma cantidad de longitud de onda.


En aquel momento, es entedió que el fenómeno se decía al conocido “efecto Doppler”, así llamado por el físico austriaco Christian Doppler, que en 1842 había explicado que las ondas que recibimos de una fuente en movimiento se alargarán si la fuente se aleja de uno y se comprimirán si se acerca. Es una manifestación de un fenómeno del que todos tenemos constancia: un pitido de tren, o una sirena de ambulancia suenan más altos si el tren o la ambulancia se acerca a uno, y más bajos si se aleja.
Resulta que el mismo fenómeno que afecta a las ondas sonoras afecta a las ondas luminosas , aunque sea por razones ligeramente distintas. Las ondas de luz emitidas por una fuente de luz que se aleja de uno se alargarán, y en consecuencia se verán más rojas de lo que se verían en otro caso, porque el rojo es el extremo más largo de la longitud de onda del espectro visible; las ondas procedentes de una fuente que se mueve hacia ti, por el contrario, se comprimirán y se verán más azules.
En 1912, Shiper observó que las líneas de absorción de la luz que procedían de todas las nebulosas espirales se habían desplazado, sistemáticamente, hacia longitudes de onda más largas. De ello concluyó, acertadamente, que la mayoría de estos objetos se estaba alejando de nosotros y lo hacía a velocidades considerables.
                                         
                     Texto extraído de  "Un universo de la nada" Lawrence M. Krauss


Dos preguntas que os planteo yo a partir de este texto y de lo trabajado en clase:

           1) ¿Qué relación puede tener todo esto con la deducción de la existencia del Big bang?

          2) Sabiendo la procedencia de los elementos de los que estamos formados los seres vivos  ¿Es cierto que somos “polvo de estrellas”, y no solamente desde el punto de vista poético?, y  ¿Qué relación tienen los agujeros negros que se forman tras la explosión de una supernova con la teoría de la relatividad? 


jueves, 11 de enero de 2018

¿ Qué son los agujeros negros? ( una aproximación original)

Lanzar piedras al cielo
Es magnífico darse cuenta de que una actividad tan aparentemente estúpida como lanzar hacia arriba piedras pequeñas pueda ser la clave para entender alguno de los más escondidos secretos que guarda el universo.
Empecemos, pues. 

Te he puesto un casco para que la piedra al caer no te dé contra la cabeza. Verás que has conseguido elevarla unos cuantos metros hacia arriba, pero irremediablemente ha regresado. Eso no cuesta demasiado entenderlo. Ahora supón que te conviertes en un superhéroe. La  velocidad que le imprimes al proyectil es inmensa.
También ha vuelto a caer, y ahora con mucha más velocidad, por lo que el casco que he dibujado es mucho más grande y protector. La cuestión que podemos plantearnos en este instante es la siguiente: ¿hay alguna velocidad a la que podamos lanzar la piedra hacia arriba para conseguir que esta no regrese jamás? Es una pregunta extraordinaria, y su respuesta nos ofrece la clave para entender la esencia de algunos fenómenos curiosos del universo. Esta velocidad existe. Incluso tiene nombre. Los físicos la llaman velocidad de escape.
En nuestro planeta, la velocidad de escape es de aproximadamente 11 kilómetros por segundo. Eso significa que, si se lanza con fuerza hacia arriba cualquier cosa a esa velocidad- o a una velocidad superior-, jamás regresara a la Tierra. Continuará en línea recta hacia arriba sin que la gravedad de nuestro planeta pueda hacer nada por recuperarla.
Esos 11 kilómetros por segundo necesarios para que nada regrese al suelo representa una velocidad aplicable sólo a nuestro planeta. Si la tierra fuera más masiva, atraería a los cuerpos con más fuerza-recuerda la ley de Newton- y, por lo tanto, la velocidad de escape tendría que ser mayor. Podemos realizar un ejercicio de imaginación y especular sobre lo que ocurriría en planetas más grandes que el nuestro. Supón que vivimos en un mundo enorme, con una atracción gravitatoria fenomenal que requiera una velocidad de escape de, por ejemplo, unos 100 kilómetros por segundo. Y nada nos impide ir más allá y aumentar todavía más la masa de nuestro planeta imaginario. ¿Qué tal un planeta con mucha masa cuya velocidad de escape fuera, pongamos por caso, 150.000 kilómetros por segundo? Esa es una velocidad enorme, la mitad de la de la luz. En ese caso, sí que tendrías que ser un superhéroe enormemente poderoso para otorgarle a una piedrecita semejante velocidad. Pero podemos imaginarlo sin problema. Tus músculos son impresionantes y lo consigues. La piedra abandona el planeta ultramasivo y no regresa más.
Estamos a punto de llegar a un callejón sin salida, porque si continuamos aumentando la masa de nuestro mundo imaginario, podemos suponer que es tan enorme que la velocidad de escape sea de 300.001 kilómetros por segundo, la velocidad de la luz y un poquito más.
¿Qué pasaría entonces? Muy fácil. Que la velocidad que tendríamos que aplicar a una piedra para que jamás regresara a nuestro masivo planeta sería la de la luz y un poquito más.
Pero, un momento ¿no habíamos demostrado ya que ningún objeto puede viajar más rápido que la luz? En efecto, se trata de un límite de velocidad absoluto. Por tanto, un planeta tan masivo como este tendría una asombrosa cualidad: nada podría escapar de él. Todo regresaría a su superficie siempre.
¿Cómo sería un planeta así? Vamos a suponer que lo tenemos muy lejos de la Tierra y que lo miramos a través de un telescopio. ¿Qué veríamos exactamente?
Para responder a esta pregunta sería bueno que reflexionaras acerca de lo que significa ver. Como ya sabes, ver un objeto implica que unos rayos de luz incidan sobre él, reboten y lleguen a tus ojos para que tu cerebro los convierta en una imagen. ¿Verías ese planeta tan masivo? Para que pudiéramos hacerlo, la luz tendría que llegar hasta él, rebotar y viajar hasta tus ojos. Pero antes hemos dicho que la velocidad de escape de ese mundo hipotético era un poquito más alta que la velocidad de la luz. Por tanto, para que los rayos incidieran sobre su superficie, rebotaran y regresaran a tus ojos, tendrían que salir de allí a la velocidad de escape. Y ahora sabemos que esa velocidad es superior a la velocidad de la luz. La luz tendría que ir más rápido que la luz, lo cual es una contradicción. Conclusión: no podrías verlo jamás.
Un objeto tan masivo, capaz de no dejar escapar nada, ni siquiera la luz, sería perfectamente invisible para ti y para todo el mundo. Resultaría indistinguible del oscuro espacio vacío. Dicho de otro modo: sería negro, completamente negro. Los científicos tienen un nombre para esas cosas tan masivas. Les llaman agujeros negros.

El universo para Ulises    Juan Carlos Ortega

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