El Universo segun los astronomos

n Los universos de Tolomeo y Copérnico
n Las herramientas del astrónomo
n Observaciones en las que los astrónomos
basan su modelo de Universo
n El universo de los astrónomos
n Resumen - Conclusiones
Tolomeo (Alejandría, 90 -168 AD).
La tierra en el
centro del
universo
Copérnico (Polonia, 1473 – 1543 AD)
El sol en el
centro del
universo
Debate entre Shapley
y Curtis, 1920
Estamos en una galaxia, muy lejos del centro.
Sol
El análisis cuidadoso de la luz que viene de
los planetas, estrella, galaxias, ... proporciona
→ temperaturas
→ composición química
→ distancia
→ edad de los objetos
→ etc.
Suposición básica: la física y la quimica que
funciona en los laboratorios terrestres es tambien
válida en el resto del Universo.
La luz blanca esta compuesta de luces de muchos
colores que pueden ser separados usando elementos
ópticos adecuados (por ejemplo, un prisma).
La luz tiene muchos mas colores que los que
nuestros ojos son capaces de apreciar.
• Mas azules: ultravioleta, rayos X, ...
• Mas rojos: Infra-Rojo, Micro-ondas, ..
Las combinacion de colores que forma la luz de
una estrella (el espectro) depende de su
temperatura. Esta propiedad permite determinar
temperaturas.
azul ----> caliente
rojo ----> fría
→ mas fría que el
sol
→ el sol
→ mas caliente que
el sol
Medida de la composición química
Medida de la velocidad de una estrella
desplamiento al azul, cuando el objeto se acerca
espectro original
desplamiento al rojo, cuando el objeto se aleja
Medida de la distancia de un objeto
La cantidad de luz que recibimos de una fuente
depende de la distancia. Recibimos mas luz cuanto mas
cerca. Si sabemos la luz emitida sabemos la distancia.
Medida de la distancia a una galaxia usando supernovas
1011 estrellas forman la galaxia
Una estrella
NGC 4526 con supernova
Distante implica viejo
La luz tarda un tiempo en llegar a nosotros.
Cuanto mas lejano es el objeto del que proviene
mas antiguo es este
Determinacion de la edad
Estrellas funcionan transformando
H → He → C, O, N → .... → Fe
Cuanto menos Fe mas vieja es una estrella
telescopios espaciales
radiotelescopios
telescopios ópticos grandes y pequeños
Gran
Telescopio
Canarias
Leyes físicas son leyes locales, por
ejemplo, la ley de Newton
r
d X
M
= −G 2
2
dt
r
2
Aunque sean en apariencia sencillas, dan lugar a
comportamientos complicados imposibles de predecir de
antemano. Los ordenadores permiten resolver estas
equaciones aproximadamente y en casos particulares
Simulacion de gravedad con 4 cuerpos
Película con simulación de N cuerpos
Transformar una esfera en un plano
El universo en distintos colores
Distancia
Expansión del Universo (ley de Hubble))
Velocidad
distancia = velocidad x tiempo
el tiempo es igual para todas y vale unos 15 000 M años
n hace 15 000 M años todo estaba junto.
n en esa época el universo era muy uniforme (no
había ni galaxias, ni estrellas, ni planetas ...)
n en esa época todo estaba caliente,
n el universo se ha expandido, enfriando la
radiación de fondo, que ahora vemos en
microondas,
n a la vez que se expande, la gravedad ha hecho
colapsar a masas de distintos tamaños
← Fondo cósmico de micro-ondas Tiempo
← Primeras estrellas, hace 12000 M años
← Primeras galáxias, ?
← Época actual
Evolucion de estructuras en el Universo desde 50 M
años hasta casi el momento presente (12 000 M años)
Colapso de un halo de materia oscura
Problema 1: en 15 0000 M años, con la cantidad de
materia que vemos a nuestro alrededor, la gravedad no
es suficientemente intensa como para formar las
galaxias.
Dentro de este esquema, para explicar la existencia
de galaxias se necesita,
• Algo que cree gravedad
• Algo que no interaccione
con la materia ordinaria
(salvo gravitatoriamente).
Materia Oscura
(no bariónica).
5 gramos de Materia Oscura / gramo de materia normal
Distancia
Problema 2: Las galaxias mas lejanas se alejan de
nosotros con menor velocidad de la que cabría
esperar de la velocidad que se deduce de las mas
cercanas.
Velocidad
Problema 2: Las galaxias mas lejanas se alejan de
nosotros con menor velocidad de la que cabría
esperar de la velocidad que se deduce de las mas
cercanas.
Dentro de este esquema, se necesita,
• una forma de gravedad repulsiva,
• que crezca con el tiempo, como
crece el vacío entre galaxias,
• que sea despreciable a todas
las escalas salvo las
cosmológicas
Energía
Oscura
... o energía del vacío, o
constante cosmológica,
o quita esencia, o ....
conocida
n Lo que creemos saber se basa en la aplicación a objetos
astronómicos de la física y la química que funciona en la tierra.
n El universo evoluciona con el tiempo.
n Hace 15 000 M de años, todo estaba junto y era muy
caliente. No habia galaxias, ni estrellas, ni ... BIG BANG
n El sol y la tierra se formaron hace 5 000 M años. Son la
tercera generación de estrellas. 1/3 edad del universo
n Nuestra galaxia pertenece a la primera generacion.
n Sin embargo no todo encaja: se necesita materia
oscura y energía del vacío. Sólo el 5% del universo
estaría formado por materia ordinaria.
Flammarion woodcut
Cúmulo de galaxias Abel 1689