¿Por qué no vemos el centro de nuestra galaxia?

Muchas personas aficionadas a la astronomía, han tenido esta curiosidad. Siempre que hablamos de nuestra galaxia (la Vía Láctea), la representamos como una galaxia espiral con un gran bulbo central brillante. Nuestro sistema solar se encuentra en el que hemos llamado brazo de Orión, entre el brazo de Perseo y el brazo de Sagitario.

Pero, ¿qué es exactamente ese bulbo?

En astronomía se llama bulbo al grupo central de estrellas situado en el centro de las galaxias espirales. Es la zona donde se acumula más masa en la galaxia, también es la zona donde se acumula mayor número de estrellas y la zona donde se sospecha que puede haber un agujero negro supermasivo de alrededor de 2,6 millones de masas solares (ahí queda eso).

No cabe duda de que esa zona, donde seguramente tengan lugar algunos de los fenómenos naturales más violentos que se puedan imaginar (y otros que se hacen difíciles de imaginar), debe ser la que más energía luminosa emita, y por tanto la más brillante. Sin embargo, desde nuestro planeta no observamos ningún resplandor especial. Sí es cierto que la zona de las constelaciones de Sagitario, Ofiuco y Escorpio es la zona de la Vía Láctea es algo más brillante que el resto, y es la dirección que marcan estas constelaciones la que hay que seguir para encontrar el centro de nuestra galaxia.

Cuando miramos a la Vía Láctea, lo que vemos es nuestra galaxia pero de perfil, uno de sus brazos. Cuando miramos hacia el centro galáctico, cabe pensar que deberíamos verlo como algo muy brillante. Tal vez nos hagamos esta idea porque cuando miramos otras galaxias similares a la nuestra (en astrofotografías o a través del telescopio), el ejemplo más claro es M31, vemos claramente un “bulbo” mucho más brillante que los brazos exteriores.

El problema está, en que hay que cambiar el punto de vista. Tenemos que tener en cuenta que nuestra galaxia la estamos viendo desde dentro. Entre el centro galáctico y nosotros, hay tal cantidad de gas y polvo que la luz visible al ojo humano, que proviene del centro galáctico, no llega a atravesar esas zonas (o es muy dispersada) y por lo tanto, no consigue llegar hasta nosotros o lo hace de forma muy débil. Es más, casi todas las radiaciones electromagnéticas quedan “atrapadas” a excepción principalmente de las radiaciones infrarrojas y de ondas de radio.

Debido a que el polvo y gas interestelar bloquea la línea visual que lleva hasta el centro de la galaxia, los científicos, para estudiar el centro de nuestra galaxia, utilizan habitualmente los infrarrojos, las ondas de radio, rayos X de alta potencia o incluso el ultravioleta.

Es cierto que el argumento del polvo y el gas puede ser bastante poco convincente si uno es algo escéptico, lo cuál es bueno. Si nos atenemos a los datos, veremos que todo cobra más sentido. La galaxia Vía Láctea es un objeto con forma de disco que tiene unos 100.000 años luz de diámetro y sólo unos pocos años luz de grosor, eso quiere decir que toda la materia está más o menos repartida en un mismo plano. Para que te hagas una idea, coge dos o tres CDs o DVDs y colócalos apilados, ya tienes una representación aproximada de la Vía Láctea. Si miramos la pila desde cualquier posición, vemos claramente el agujero del centro. Ahora imagina por un momento que fueses una de las moléculas que forman parte de la pila de CDs, formamos parte del disco, sin embargo, hemos perdido la visión directa del agujero, ya no podemos verlo debido a que hay otras moléculas como nosotros y otros elementos entre el agujero y nosotros mismos.  En este último caso, si quisiéramos observar el agujero, tendríamos que hacerlo captando algunas ondas que “sortearan” las moléculas que tenemos a nuestro alrededor. Eso es lo que hacemos cuando decimos que el centro galáctico se puede observar utilizando infrarrojos, ondas de radio o rayos X de alta potencia.

Esta fotografía está realizada utilizando una longitud de onda de 90cm y es una representación de una zona bastante amplia del cielo alrededor del centro galáctico:

Dependiendo de la longitud de onda utilizada, veremos una imagen u otra, lógicamente, la señal se traslada al espectro visible para que podamos ver qué es lo que se ha recibido.

El disco de Airy

En algunos casos habréis oído hablar del disco de Airy.  El disco de Airy es un fenómeno óptico que se produce debido a la naturaleza ondulatoria de la luz (recordemos que la luz es una dualidad onda-partícula), cuando la luz atraviesa una apertura de forma circular se produce, por un fenómeno de difracción, un patrón luminoso de regiones iluminadas y oscuras.

El patrón generado en el caso de un telescopio de apertura circular, consta de un disco central brillante conocido como disco de Airy. Dicho disco, estará rodeado de una serie de anillos concéntricos.

La más importante aplicación de este concepto está en cámaras y telescopios. Debido a la difracción, el punto más pequeño en el que se puede enfocar un rayo de luz usando una lente, tiene el tamaño de un disco de Airy. Así, incluso teniendo una lente perfecta, aún existe un límite para la resolución de una imagen creada por dicha lente. Un sistema óptico en el que la resolución no está limitada por imperfecciones en las lentes sino sólo por difracción se dice que está limitado por difracción.

El tamaño del disco de Airy

El tamaño del disco de Airy depende de dos factores: la longitud de onda observada y el diámetro de la apertura. Conociendo estos dos valores, podemos calcular el ángulo en el que se produce el primer mínimo de intensidad luminosa medido desde el eje óptico. Podemos calcularlo con la siguiente fórmula:

λ= Longitud de onda observada

d=Apertura de la óptica

Este es el criterio que se utiliza para saber si un sistema óptico puede resolver dos fuentes de luz independientes. Para que la óptica pueda ser capaz de distinguirlos, uno de los objetos debe estar como mínimo a la distancia del primer mínimo de intensidad del patrón de difracción del otro.

Ejemplo de disco de Airy:

Marte y la Luna NO se verán del mismo tamaño

Me han llegado varias consultas por email, a través de esta página (otros a través de facebook), en las que me envían el famoso correo en el que se comenta que Marte y la Luna se van a ver con el mismo tamaño durante el mes de agosto (hay versiones en las que cambian el mes). Lo presentan como un acontecimiento planetario que todo el mundo debería ver. Pues nada más lejos de la realidad. Es totalmente falso y además, es imposible que suceda mientras los planetas sigan obedeciendo las leyes de la física y no haya ninguna catástrofe externa que modifique la órbita de Marte. He decidido publicar la respuesta que envío a todas esas personas, para que tenga algo más de difusión, aunque ya la he publicado en algún que otro foro de astronomía.

Vamos a ver por qué Marte y la Luna no pueden tener el mismo tamaño vistos a simple vista desde la Tierra.

La Luna dista de la Tierra unos 384.000 kilómetros aproximadamente, y tiene un tamaño de unos 3.474 kilómetros de diámetro. Con unos pocos datos, podemos calcular el tamaño aparente de varios cuerpos celestes:

El tamaño aparente del Sol, por ejemplo, vendria dado por:

Tan(tamañoSol)=(Diametro ecuatorial del sol)/afelio
Tan(tamañoSol)=1.392.530km/152.100.000km=0.0092
TamañoSol=0.0092rad=31’28,43″

Nota: En astronomía, las medidas de objetos en el cielo se realizan en minutos y segundos de arco.

Y el tamaño aparente de la Luna seria:

Tan(tamañoLuna)=(Diametro ecuatorial de la luna)/apogeo
Tan(tamañoLuna)=3.476km/354.340km=0,0098
TamañoLuna=0,0098rad=33’41,39″

Con lo cual, tenemos que el tamaño aparente de la Luna en el apogeo es 33 minutos y 41,39 segundos de arco en el cielo. Como vemos, la Luna y el Sol tienen un tamaño aparente parecido en el cielo, ya que aunque el Sol es mucho más grande que la Luna, se encuentra mucho más lejos que ésta.

Comparativamente, el tamaño de Marte sería el siguiente:

Marte es un planeta que tiene unos 6.780 km de diámetro (más o menos el doble que la Luna) y cuando se encuentra en oposición (esto es cuando se encuentra más próximo a la Tierra) se encuentra a una distancia de unos 55.000.000 de kilómetros.

Haciendo las cuentas, nos sale lo siguiente que Marte presenta un tamaño aparente de unos 25 segundos de arco, mucho más pequeño que la Luna.

Pero una imagen…

Para poder observar correctamente Marte, se necesitan telescopios de gran apertura que nos permitan manejar altos aumentos con soltura, una atmósfera lo más estable posible y que se encuentre lo más cercano a la oposición posible. La buena compañía de otros astrónomos aficionados, algo para picar y algo fresquito de beber también son recomendables y ayudan a que una noche de observación se pueda convertir en inolvidable.

Sigue en directo el tránsito de un exoplaneta: 13 de febrero

Si nunca has visto el tránsito de un exoplaneta, os invito a que intentéis seguir el evento del próximo día 13 de febrero (2010). El exoplaneta XO-3b tiene un periodo de traslación de 4 días, así que el fenómeno en sí no tiene nada de extraordinario, pero lo realmente interesante es que todos vamos a poder ser espectadores del tránsito ya que Asociación astrófila Crabnebula lo retransmitirá en directo gracias a un telescopio profesional. En el siguiente gráfico podéis ver una representación artística de la órbita del exoplaneta XO-3b.

Esta retransmisión pertenece a un proyecto llamado “Worlds of the Sky” y ha sido organizado gracias a la cooperación de varias asociaciones astronómicas amateurs italianas y los observatorios de Brera y Palermo en Italia.

Recordad la fecha: 13 de febrero, entre las 19h y 23:30h UTC.

Podremos ver la evolución de la curva de luz que se formará al paso del planeta XO-3b por delante de su estrella.

Para aquellos que no sepan exactamente qué es una curva de luz y un tránsito planetario intentaré explicarlo de forma más o menos sencilla.

El tránsito de un planeta extrasolar es un fenómeno durante el cual un planeta externo al Sistema Solar, pasa por delante de su estrella (desde nuestro punto de vista), provocando que durante el tiempo que está en esa posición relativa bloquee en cierta medida la cantidad de luz que nos llega de la estrella.

Las curvas de luz son los gráficos resultantes de estas observaciones por parte de los astrónomos, durante el tránsito se mide contínuamente la cantidad de luz que llega de la estrella, provocando un pico en la gráfica en el momento en que el planeta pasa por delante de la estrella.

En este gráfico podéis ver una animación de una estrella binaria eclipsante y la gráfica de luz correspondiente, el efecto con los exoplanetas es el mismo.

Esperemos que todo salga según lo previsto.

Vía: Noticiasdelcosmos.

Ver el tránsito: Asociación astrófila Crabnebula.

Los 5 misterios fundamentales del Universo

5. ¿Dónde está el resto del Universo?

Resulta frustrante intentar estudiar algo y descubrir que la mayor parte de ese algo parece no estar ahí, aunque sepas que debe estar ahí. Eso es lo que pasa con el Universo. La materia y la energía oscuras parecen dominar el Universo en el que habitamos, pero sólo hemos podido teorizar su existencia debido a los efectos que tienen sobre la materia y la energía “normal”.

A día de hoy, se cree que se ha cartografiado, mediante métodos indirectos, un 4% del total de la energía y materia oscuras. El resto permanece totalmente indetectable para nuestros instrumentos, incluso utilizando métodos indirectos, aunque “debe estar ahí” porque los modelos matemáticos la predicen.

Uno de los grandes retos es entender qué son exactamente la materia oscura y la energía oscura, para poder detallar mejor e intentar mejorar nuestra descripción del Universo.

Anillo de materia oscura

4. ¿Qué causa la gravedad?

Todo el mundo parece estar de acuerdo cuando se habla de que la teoría de la gravitación universal es una teoría muy válida y a la que si le aplicamos las ecuaciones relativistas de Einstein resulta completa.

Aun así, seguimos sin saber qué es exactamente lo que causa la gravedad. La gravedad es una de las fuerzas más débiles del universo, y el modelo estándar de la física actual no puede explicar cómo funciona exactamente. Los físicos teóricos piensan que hay unas partículas diminutas sin masa llamadas gravitones que emanan de los campos gravitatorios.

La gravedad es completamente diferente a todas las demás fuerzas de la naturaleza y cuando se intentan hacer cálculos sobre campos gravitatorios, las matemáticas fallan. Es una fuerza extraña de la que tenemos mucho que aprender.

Gravedad Tierra Sol, ¿qué la produce?

3. ¿Se logrará una teoría de la unificación?, ¿es posible una teoría del todo?

Los físicos tiene un buen “modelo estándar” que establece que el Universo conocido está compuesto de partículas que describen todo lo existente, desde el magnetismo hasta de qué están compuestos los átomos y qué los hace mantenerse estables. El modelo estándar ve las partículas como puntos infinitesimales, y algunos de ellos llevan implícitos las fuerzas fundamentales.

Hay dos problemas con esta teoría: falla al incluir la fuerza de la gravedad y no se cumple exactamente para física de altas energías.

El caso es que explica estupendamente el resto del Universo conocido, así que tenemos un problema. ¿Puede establecerse alguna relación entre esos casos puntuales y el resto de fuerzas?, ¿es incompleta la teoría actual?, ¿es incorrecta?.

Algunos creen que hasta que no entendamos la gravedad en profundidad, no podrá haber una ley unificada, otros creen que hasta que no tengamos una ley unificada no podremos saber con exactitud cómo es la gravedad.

Galaxia y átomo

En definitiva, la teoría del todo o teoría unificada, trata de establecer leyes que expliquen fenómenos a gran escala, como por ejemplo lo que ocurre en una galaxia, y fenómenos a pequeña escala como los que ocurren en el interior de un átomo.

Una de las teorías candidatas es la Teoría M, que se basa en las supercuerdas y en un Universo de 11 dimensiones. El problema es que a día de hoy, es meramente teórica. Algunos científicos incluso han afirmado que la Teoría M es una pseudociencia ya que podría no ser falsable.

2. ¿Existe vida fuera de nuestro planeta?

En nuestro planeta, la vida está por todas partes. En las últimas décadas hemos encontrado vida incluso en los sitios más recónditos y hostiles que se puedan imaginar, en sitios donde antes se pensaba que era imposible que existiera la vida. Una nueva lección de humildad, la vida se abre camino por todos lados, practicamente en cualquier condición.

caldo-primordial

En principio parece razonable pensar, que debe haberla en muchas otras partes del Universo también, que esto es muy grande, tanto como NO se puede imaginar.

Pero de momento, no hemos detectado ningún atisbo de vida en ningún otro planeta. Cierto es también, que en cuestiones del espacio, estamos mucho más que en pañales. Apenas hemos pisado nuestro propio satélite y ni siquiera hemos sido capaces de llegar a otro planeta. Hemos enviado sondas, pero es como enviar un mensaje en una botella en la playa, esperando a ser recogido por alguien después de haber avanzado unos milímetros en el mar.

Parafraseando a Sagan: “Estamos a las orillas del océano cósmico”.

También debemos ser conscientes que puede que no todos los planetas tengan condiciones no ya idóneas, sino mínimas para albergar vida. Parece ser que debe tener una temperatura más o menos estable y al menos contener agua en estado líquido.

Confirmar la existencia de vida fuera de nuestro planeta sería uno de los descubrimientos más importantes de la historia de la humanidad.

1. ¿Cómo “empezó” el Universo exactamente?

Sí, la eterna pregunta, ¿cómo empezó el Universo?, ¿qué dio origen al universo?. Se podría decir que todas las demás preguntas que se haya hecho jamás la humanidad, descienden de esta.

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Las teorías nos hablan que el Universo “comenzó” con el Big Bang hace entre 12 o 15.000 millones de años. La teoría también nos dice que el Universo comenzó con toda la energía concentrada en un punto supuestamente minúsculo y que se ha expandido desde entonces.

El problema es que a día de hoy, estas teorías no pueden probarse mediante pruebas directas y aunque se pudiera, aún quedarían por resolver interesantes misterios, como: ¿que hacía ahí toda esa energía?, ¿es realmente el Universo un producto de la colisión de branas?, ¿qué había antes (suponiendo que hubiera un antes o si es que había algo)?…

Sin duda es la pregunta con mayúsculas y la que mucha gente nos hace cuando se acerca a una plantada de telescopios por primera vez.

¿Cuál es el mecanismo de la gravedad?

La gravedad, se define como la fuerza teórica de atracción que experimentan entre sí los objetos con masa.

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Pero, ¿es esta ley tan simple?, ¿cuál es su mecanismo?. Hay que fijarse y darse cuenta que hablamos de “fuerza teórica”, Einstein demostró que se trata de una magnitud tensorial, un espejismo de una fuerza. En realidad la gravedad deforma el espacio, curvándolo, por lo que una masa (por ejemplo la Tierra), parece atraer al resto de cuerpos.

Newton describió cómo se comporta la gravedad, pero no planteó qué la provocaba, qué mecanismo era el responsable de que la gravedad actuara. Nadie ha proporcionado desde entonces ningún mecanismo, aunque hoy en día ya existen varias hipótesis.

¿Podemos entonces utilizar las matemáticas para describir la gravedad sin un mecanismo que la explique? Pues sí, y de hecho hay que hacerlo, porque de ese modo podemos descubrir más cosas sobre ella y sobre otras partes de la naturaleza.

Se han sugerido muchos mecanismos para la gravedad, pero ninguno de ellos ha conseguido describir el mecanismo de la gravedad sin predecir algún otro fenómeno que no exista (véase el famoso bosón de Higgs).

La gravedad, esa extraña fuerza

La gravedad es una fuerza extraña. Extraña porque no se parece en casi nada al resto de las fuerzas físicas conocidas. Por otro lado, existen analogías bastante fuertes con algunas fuerzas como la de la electricidad. La fuerza de la electricidad viene dad por una constante, con signo menos, multiplicada por el producto de las cargas, y varía de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, está dirigida en dirección opuesta: los iguales se repelen, justo al contrario que en la gravedad. Son dos tal vez dos coincidencias muy importantes, y de hecho, las teorías de campo unificado han intentado siempre unir gravedad y electricidad debido a estas semejanzas. El auténtico problema viene cuando medimos las intensidades relativas, la fuerza de la gravitación, es infinitamente más pequeña que la fuerza de la electricidad. De hecho, si escribimos la relación:

formula_gravitacion_electricidad

La diferencia es tan grande, que hay pocas constantes en la naturaleza que tengan que hacer uso de ese tipo de exponenciales.

Algunos han relacionado este número con la edad del Universo. Obviamente, no podemos estimar la edad del Universo en años, ya que los “años” son algo invención del hombre, no son naturales. Para ello, los científicos midieron el tiempo que tardaba la luz en atravesar un protón, el resultado se comparó con la edad del Universo y la relación fue de 10^-42. Si esto realmente es así, o es fruto de la casualidad, nadie puede estar seguro, pero si fuera cierto, estaríamos hablando de que la fuerza de la gravedad no sería constante con el tiempo. Aún no lo sabemos, porque para poder medir un cambio en la constante de gravitación universal tendrían que pasar muchos años.

La gravedad y la edad del Universo no están relacionados

Pero sí podemos mirar hacia atrás, e intentar verificar cuáles hubieran sido las consecuencias de que esto fuera verdad. Si esta constante estuviera relacionada con la edad del Universo pongamos un ejemplo:

Nos trasladamos a un periodo de tiempo situado en hace unos mil millones de años, en ese periodo, la edad del Universo era un 10% menor, por lo tanto la constante de gravitación debería haber cambiado también un 10%.

Resulta que si consideramos la estructura del Sol (balance entre masa de su material y el ritmo al que se genera energía), podemos deducir que, si la gravedad fuera un 10 por cien más intensa, el Sol sería mucho más que un 10 por 100 más brillante: el brillo sería la sexta potencia de la constante gravitatoria. Si calculamos lo que le sucede a la órbita de la Tierra cuando la gravedad está cambiando, encontramos que la Tierra habría estado entonces más cerca.

En conjunto y resumiendo, la Tierra estaría aproximadamente a 100 ºC de media. Nada de océanos líquidos, así que la vida no habría empezado en el mar, y posiblemente ni hubiera empezado.

Por estos motivos, se cree que la constante de gravitación no esté cambiando con la edad del Universo, aunque tales argumentos no son más que suposiciones y no demasiado concluyentes, podría haber muchos factores intercediendo.

Comparando la gravedad con otras fuerzas

Si comparamos la gravedad con otras fuerzas, como por ejemplo las interacciones nucleares, tampoco podemos explicar la gravitación. La mecánica cuántica aún no ha sido trasladada a la gravitación. Cuando la escala es tan pequeña que necesitamos los efectos cuánticos, los efectos gravitatorios son tan débiles que la necesidad de una teoría cuántica de la gravitación no ha sido desarrollada en la fecha actual.

Igual que Einstein postuló que las leyes de Newton eran incompletas, hace falta que alguien hoy en día nos diga qué le falta a la relatividad para explicar la gravedad.

Muchos científicos están a la espera de los resultados del LHC, en los que se cree que será posible detectar por primera vez un bosón de Higgs.

El bosón de Higgs es una partícula elemental hipotética, cuya existencia lleva predicha hace bastantes años por el modelo estándar de la física de partículas. El problema es que a día de hoy todavía no se ha podido detectar mediante ningún medio.

Descubrir el bosón de Higgs en el LHC, resolvería probablemente muchas dudas sobre la gravedad, ya que se supone que el rol de esta partícula es la formación de la masa de otras partículas elementales (fotones, bosones W y Z). Los fotones son los responsables de la interacción electromagnética y los bosones W y Z de la fuerza nuclear.

Tiempo al tiempo.