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Misterios de la Astronomía - Introducción

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Misterios de la Astronomía - Introducción

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 7:53 pm



Misterios de la Astronomía - Introducción

Nuestras vidas humanas son tan breves que los números astronómicos anestesian nuestro sentido de la historia. ¿Cómo pretendemos ver el flujo del cambio cósmico cuando las escalas de tiempo universal son a nosotros lo que el tiempo geológico es a una mariposa? Tratamos de entender la evolución del cosmos, pero es como si hubiésemos entrado tarde al cine. Nos perdimos la mitad de la trama y, en medio de la película, descubrimos que el universo ha demostrado ser todavía más extravagante de lo que suponían las predicciones más desinhibidas.

Aprovechando que las Naciones Unidas declararon a 2009 el Año Internacional de la Astronomía para celebrar los cuatro siglos transcurridos desde el invento del telescopio como instrumento astronómico, hemos preparado un compendio de los 30 misterios astronómicos que hoy les roban el sueño a los científicos.

Algunas preguntas han sido descifradas, pero hay varios interrogantes que continúan sin respuesta. Y muchos dogmas que damos por sentado podrían venirse abajo en cualquier momento. El poder alucinante de la próxima generación de telescopios e instrumentos astronómicos, junto a la física de partículas, podrían generar una revolución científica y social de proporciones similares a la que provocó Galileo cuando apuntó su telescopio al cielo en 1609.

Ángela Posada-Swafford

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¿Cómo se originó el universo?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:00 pm



¿Cómo se originó el universo?

Por un lado está la teoría ampliamente aceptada del Big Bang, la Gran Explosión, según la cual el universo era originalmente algo extremadamente denso, pequeño y caliente, que en cuestión de décimas de segundo se expandió y se enfrió radicalmente, y aún continúa expandiéndose. Algo así como una torta de pasas en el horno que crece separando las pasas (o galaxias) unas de otras. Pero hay expertos que proponen un modelo nuevo según el cual el origen no fue una única Gran Explosión, sino muchas. Una continua cadena de universos que se suceden y repiten unos a otros, pero sin ser réplicas exactas de los anteriores. En cuanto a la edad del universo, las observaciones recientes sugieren que tiene entre 13.5 y 14 mil millones de años.

Recreación de la formación de estrellas y galaxias en el Universo primitivo
(Adolf Schaller/NASA)

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¿Cuál es el futuro del universo?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:04 pm



¿Cuál es el futuro del universo?

Según la nueva teoría de los universos que se continúan, el universo no morirá, sino que seguirá repitiéndose. ¿O tal vez será un universo frío y oscuro, a medida que las galaxias y estrellas se separan unas de otras y su luz y calor se pierden en las tinieblas, expandiéndose eternamente y enfriándose hasta llegar a un estado de frío absoluto, donde las moléculas no tienen energía para realizar el menor movimiento? ¿O será un universo que, tras expandirse, llegará a un momento en el que se comenzará a colapsar sobre sí mismo y entonces el problema será a la inversa? Últimamente hay otras teorías que hablan de un Big Rip (Gran Rasgadura), en el que la tasa de expansión sería tan tremenda que los grupos de galaxias, las estrellas, la energía oscura y todo lo demás se convertiría en una especie de tela que es estirada hasta rasgarse.

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¿Existen universos alternativos o múltiples?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:08 pm



¿Existen universos alternativos o múltiples?

Una teoría postula que podría existir un universo alternativo de materia oscura al mismo tiempo que éste, pero no lo podríamos alcanzar. La mejor forma de imaginarlo es pensar en una ventana de vidrio doble con una mosca en medio. La mosca no puede cruzar de un lado al otro, igual que nosotros no podemos cruzar de un universo a otro. Estos dos universos estarían atraídos uno al otro por la fuerza de la gravedad y eventualmente colisionarían. Al hacerlo, crearían una Gran Explosión. Esto implicaría que ahora mismo están sucediendo cosas que ayudarán a crear otro universo en el futuro.

Por otro lado, hay varias hipótesis de universos múltiples en la física cuántica y la cosmología, en las cuales las constantes físicas y la naturaleza de cada universo son distintas. Por ejemplo, el "universo burbuja" es una serie infinita de universos abiertos con diferentes constantes.

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¿Cuál es la geometría del universo?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:12 pm



¿Cuál es la geometría del universo?

Según Einstein, el universo es un continuo en el tiempo-espacio que podría adoptar tres formas, según el contenido de materia y energía:
Forma esférica (curvatura positiva). Viaje en una dirección y eventualmente regresará al punto de partida. Sin energía oscura, este universo detendrá su expansión y se colapsará sobre sí mismo. Con ella, la expansión continuará.
Plano (sin curvatura). El viajero nunca regresará a su punto de partida. Incluso sin energía oscura, este universo continuará expandiéndose eternamente, aunque cada vez más lentamente. Con la energía oscura, la expansión se acelerará cada vez más. Según las últimas observaciones, esta es la forma de nuestro universo.
Forma de silla de montar (curvatura negativa). El viajero nunca regresará. La expansión apenas desacelerará, incluso sin la presencia de la energía oscura.

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¿Cuáles son los componentes del universo?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:39 pm



¿Cuáles son los componentes del universo?

Las estrellas, los asteroides, los planetas, el polvo cósmico, los elusivos neutrinos, el helio, el hidrógeno y todo lo que podemos ver a nuestro alrededor conforman una mínima parte de lo que es el universo. El 95% restante está ocupado por la extraña materia oscura y la aún más incomprensible la energía oscura.

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¿Qué es la expansión cósmica?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:43 pm



¿Qué es la expansión cósmica?

La aceleración cósmica es la observación de que el universo parece estar expandiéndose a una tasa acelerada. En 1988 las observaciones de las estrellas llamadas Supernovas tipo 1A sugirieron que esta expansión se acelera cada vez más. La expansión del universo fue propuesta y demostrada por Edwin Hubble, al determinar la distancia a varias galaxias y comprobar que las más lejanas estaban corridas hacia el rojo, es decir, se estaban alejando de nosotros.

Las observaciones más precisas hasta el momento, realizadas con el WMAP y el Telescopio Espacial Hubble, apuntan a una velocidad de expansión de entre 70 y 72 kilómetros por segundo.

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¿Qué es la radiación cósmica de fondo?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:47 pm



¿Qué es la radiación cósmica de fondo?

Es una radiación de microondas antiquísima que permea todo el universo, y que se considera como los rescoldos que quedaron después de la Gran Explosión. Fue descubierta accidentalmente por dos astrónomos de los Laboratorios Bell, Arno Penzias y Robert Wilson. Sus medidas, combinadas con el descubrimiento de Hubble de que las galaxias se alejan de nosotros, son una fuerte evidencia para la teoría de la Gran Explosión.









Diferencias en la temperatura de la radiación cósmica de fondo observadas por la sonda WMAP.

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¿Qué es la materia oscura?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:54 pm



¿Qué es la materia oscura?

Es una forma de materia hipotética que tiene más masa que la materia visible, pero que a diferencia de ésta última no interactúa con la fuerza electromagnética. Los científicos infieren su presencia porque tiene efectos gravitacionales en la materia visible. Por ejemplo, las velocidades de rotación de las galaxias, las velocidades orbitales de las galaxias dentro de los cúmulos y la distribución de las temperaturas de los gases de las galaxias apuntan a que tiene que haber algo allí algo más. Hay más materia en los cúmulos de galaxias de la que podríamos esperar de las galaxias y el gas caliente que podemos ver. Al parecer, el 30% del universo está compuesto de materia oscura. Descubrir su naturaleza es una de las metas más importantes de la astronomía moderna.




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¿Qué es la energía oscura?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 8:56 pm



¿Qué es la energía oscura?

Esta es la Meca y quizás el mayor misterio de la cosmología actual. La energía oscura es una presencia misteriosa que ofrece la mejor explicación hasta el momento acerca de por qué el universo se expande a una tasa acelerada. En el modelo actual de la cosmología, la energía oscura conforma el 70% del total de la masa-energía del universo. Existen dos modelos según los cuales la energía oscura o bien permea el universo de forma heterogénea o bien cambia de densidad y energía en ciertos momentos/lugares. Los científicos concuerdan en que tiene baja densidad
(10-29 gramos por centímetros cúbico) y no interactúa con las fuerzas fundamentales, excepto con la gravedad.

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¿Cómo nace y cómo muere una estrella?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:01 pm



¿Cómo nace y cómo muere una estrella?

Las galaxias contienen nubes de polvo y gas llamadas nebulosas. Si una nebulosa crece suficiente, su gravedad vence a la presión del gas y la nube comienza a colapsarse hasta alcanzar suficiente temperatura para fundir (o quemar) el hidrógeno. La energía liberada detiene la contracción y se pierden las capas externas del gas. Lo que queda es una bola incandescente, compuesta principalmente de hidrógeno, iluminada por las reacciones de fusión de su núcleo. Es decir, una estrella.

Cuando se le agota su combustible, la estrella comienza a declinar. El núcleo se convierte mayoritariamente en helio e inicia el colapso, al mismo tiempo que las regiones exteriores son empujadas hacia afuera. La estrella se vuelve más fría y más brillante: es una gigante roja. Si la estrella es grande, comenzará el ciclo de nuevo quemando el helio. Si es masiva, entrará en una tercera etapa, quemando carbón. Y si es realmente enorme, quemará hierro.

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¿Qué es una supernova y para qué sirve?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:10 pm



¿Qué es una supernova y para qué sirve?

Es una estrella de entre 5 y 10 veces la masa del sol que, después de quemar hidrógeno, helio y carbón para mantenerse viva, recurrirá al hierro. Pero la fusión de hierro no libera energía, sino que la absorbe. Entonces el núcleo se enfría, toda fusión cesa, y la pobre estrella implota. Y después, explota. Esta explosión es el acto de violencia más grandioso del cosmos. Una sola supernova puede ser más brillante que una galaxia entera durante unos días. Después de esta fase, el núcleo puede terminar convertido en una enana blanca, en una estrella de neutrones o en un agujero negro. Las supernovas se usan para determinar la distancia a la que está otra galaxia y su velocidad de expansión.








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¿De dónde vienen los rayos cósmicos más energéticos?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:13 pm



¿De dónde vienen los rayos cósmicos más energéticos?

Las observaciones del Observatorio de Rayos Cósmicos Pierre Auger, en Argentina, en 2007 apuntan a que una de las fuentes de estos rayos es el núcleo activo de las galaxias, o sea los agujeros negros. El 90% de los rayos cósmicos son protones, el 9% son núcleos de helio, mientras que el 1% restante son electrones. Gracias a la baja densidad de la materia del espacio, estas partículas logran viajar en una pieza, hasta que colisionan con otras partículas en nuestra atmósfera, causando chubascos cuya energía y composición se mide en varios observatorios astronómicos.

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¿Cuántas galaxias hay y cómo se formaron?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:24 pm



¿Cuántas galaxias hay y cómo se formaron?

Existen unos 100 mil millones (10011) de galaxias. Ahora bien, el proceso detallado de su formación es otra de las preguntas abiertas de la astronomía. Hay varias teorías según las cuales estructuras pequeñas como cúmulos globulares se fueron uniendo unas a otras bajo las fuerzas gravitacionales. En otros modelos, varias protogalaxias se formaron en un gran colapso simultáneo que podría durar cien millones de años.








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¿Qué pasa cuando chocan dos galaxias?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:29 pm



¿Qué pasa cuando chocan dos galaxias?

Es muy común que las galaxias choquen e interactúen unas con otras. De hecho, se cree que las colisiones y uniones entre galaxias son uno de los principales procesos en su evolución. La mayoría de las galaxias han interactuado desde que se formaron. Y lo interesante es que en esas colisiones no hay choques entre estrellas. La razón es que el tamaño de las estrellas es muy pequeño comparado con la distancia entre ellas. En cambio, el gas y el polvo sí interactúan de tal manera que incluso llegan a modificar la forma de la galaxia. La fricción entre el gas y las galaxias que chocan produce ondas de choque que pueden a su vez iniciar la formación de estrellas en una región dada de la galaxia.

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¿Todavía se están creando galaxias?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:33 pm



¿Todavía se están creando galaxias?

Las últimas observaciones indican que sí. La mayoría de las galaxias fueron creadas temprano en la historia del universo, y los astrónomos pensaban que galaxias grandes como la Vía Láctea, que tiene 12.000 millones de años, ya no podían nacer. Pero el telescopio espacial GALEX (Galaxy Evolution Explorer) de la NASA, lanzado en 2003, ha detectado varias galaxias que parecen tener entre cien millones y mil millones de años. Es decir, unos bebés.







El Galaxy Evolution Explorer ha conseguido fotografiar estrellas nunca vistas hasta la fecha en la parte exterior de la galaxia M83, también conocida como el Molinillo Austral.

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¿Cuándo dejarán de nacer estrellas?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:36 pm



¿Cuándo dejarán de nacer estrellas?


Se espera que la era actual de formación de estrellas continuará durante otros cien mil millones de años. Después la “era estelar” comenzará a declinar durante cien trillones de años (1013–1014 años), a medida que las estrellas más pequeñas y de vida más larga, las diminutas enanas rojas, se apaguen. Al final de la “era estelar”, las galaxias estarán compuestas de objetos compactos: enanas pardas, enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros.









Imagen del conjunto estelar de las Pléyades, también conocidas como las Siete Hermanas (Telescopio Spitzer)

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¿Qué es la antimateria y por qué hay tan poquita?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 9:41 pm



¿Qué es la antimateria y por qué hay tan poquita?

La antimateria es algo real y comprobado. Todas las partículas elementales tienen una contraparte con la misma masa pero carga opuesta. Por ejemplo, la antipartícula de un electrón (carga negativa) es un positrón (carga positiva). Cuando una partícula choca contra su antipartícula ambas se destruyen, liberando un estallido de energía conocido como rayo gamma. La antimateria tiene usos médicos prácticos en la tomografía de emisión de positrones (PET). Y podría usarse como combustible de naves espaciales.

En las etapas iniciales de formación del Universo existían pares de partículas-antipartículas de todas clases que eran continuamente creados y destruidos en colisiones. Pero en un momento dado, una reacción llamada bariogénesis violó esta simetría, causando un pequeño exceso de quarks y leptones sobre los antiquarks y antileptones. Desde entonces, nuestro universo está dominado por la materia “normal”.

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¿Qué son los agujeros negros? ¿Cómo se forman?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 10:01 pm



¿Qué son los agujeros negros? ¿Cómo se forman?

Son objetos muy prevalentes en el universo y tan densos que nada escapa de su atracción gravitacional. Por lo general se forman cuando una estrella se convierte en supernova: su núcleo explota y no existe una fuerza conocida que pueda detener la inmensa gravedad que se cierne sobre él. Se cree que casi todas las galaxias contienen agujeros negros en su centro, millones y miles de millones más masivos que nuestro sol. Algunos de ellos son los objetos más violentos y energéticos del universo: al absorber estrellas, polvo y gases, estos agujeros negros disparan jets de radio y emiten puntos de luz sumamente intensos llamados cuásares ("fuentes de radio casi estelares"). Otros, con frecuencia los más viejos (como el que yace en el centro de la Vía Láctea), son tragones más calmados. No podemos observar directamente a los agujeros negros, pero sí vemos el efecto que producen sobre el material que los rodea.






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¿Mueren los agujeros negros? ¿Se evaporan?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 10:04 pm



¿Mueren los agujeros negros? ¿Se evaporan?

Las investigaciones de expertos como Stephen Hawking parecen indicar que los agujeros negros no capturan la materia por siempre, sino que a veces hay “goteos” lentos, en forma de una energía llamada radiación de Hawking. Eso significa que es posible que no tengan una vida eterna. Los agujeros se van achicando y sucede que la tasa de radiación aumenta a medida que la masa de agujero disminuye, de tal manera que el objeto irradia más intensamente a medida que se va desvaneciendo. Pero nadie está seguro de lo que sucede durante las últimas etapas de la evaporación de un agujero negro. Algunos astrónomos piensan que permanece un diminuto remanente. En general, el concepto de la evaporación de agujeros negros sigue siendo más bien especulativo.

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¿Qué pasa cuando chocan dos agujeros negros?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 10:10 pm



¿Qué pasa cuando chocan dos agujeros negros?

Cuando dos galaxias se unen, sus agujeros negros supermasivos (miles de millones el tamaño del sol) eventualmente tienen que interactuar, ya sea en un violento impacto directo o acercándose hacia el centro hasta tocarse uno con otro. Y es ahí donde las cosas se ponen interesantes. En vez de acercase de buena manera, las fuerzas de ambos monstruos son tan extremas que uno de ellos es pateado fuera de la galaxia recién unida a una velocidad tan tremenda que nunca puede regresar. Por su parte, el agujero que da la patada recibe una enorme cantidad de energía, que inyecta en el disco de gas y polvo que lo rodea. Y entonces este disco emite un suave resplandor de rayos X que dura miles de años. El choque de dos agujeros negros es un evento rarísimo.

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¿Qué es un agujero blanco?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 10:13 pm



¿Qué es un agujero blanco?

Las ecuaciones de la relatividad general tienen una interesante propiedad matemática: son simétricas en el tiempo. Eso significa que uno puede tomar cualquier solución a las ecuaciones e imaginar que el tiempo fluye a la inversa, en lugar de hacia delante, y obtendrá otro grupo de soluciones a las ecuaciones, igualmente válidas. Aplicando esta regla a la solución matemática que describe a los agujeros negros, se obtiene un agujero blanco. Puesto que un agujero negro es una región del espacio de la cual nada puede escapar, la versión opuesta es una región del espacio hacia la cual no puede caer nada. De hecho, así como un agujero negro sólo puede tragarse las cosas, un agujero blanco sólo las puede escupir. Los agujeros blancos son una solución matemática perfectamente válida a las ecuaciones de la relatividad general. Pero eso no significa que realmente exista uno en la naturaleza.

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¿Existe el Bosón de Higgs y tiene los secretos del Universo?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 10:17 pm



¿Existe el Bosón de Higgs y tiene los secretos del Universo?

Durante más de dos décadas los científicos han estado buscando una de las cosas más elusivas en el universo, el bosón de Higgs, aquella partícula que le confiere la masa a todas las cosas del cosmos. Es una partícula teorizada, pero nunca vista. El bosón de Higgs es famoso por ser la única partícula predicha por el Modelo Estándar de la Física que permanece no detectada. En teoría, todas las demás partículas en este universo obtienen su masa al interactuar con el campo creado por los bosones de Higgs. Si el Higgs es descubierto, el modelo estándar puede anunciar que es la teoría que lo unifica todo, exceptuando a la gravedad.






Aurora de protones sobre la Tierra captada por el satélite IMAGE de la NASA

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¿Tienen los protones una vida finita?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 10:21 pm



¿Tienen los protones una vida finita?

Las Grandes Teorías Unificadas de la física de partículas predicen que el protón tiene una vida finita. La física de cómo un protón se desintegra espontáneamente está estrechamente relacionada con la física de la Gran Explosión, y con la diferencia entre la cantidad de materia y antimateria existente en el universo. El descubrimiento de esta desintegración espontánea del protón sería uno de los más fundamentales de la física y la cosmología. Su respuesta podría llegar con un gran detector internacional subterráneo que Europa intenta diseñar.








Aurora de protones sobre la Tierra, captada por el satélite IMAGE de la NASA.

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¿Qué son las ondas gravitacionales?

Mensaje por Talisman el Lun Abr 02, 2012 10:24 pm



¿Qué son las ondas gravitacionales?

Una onda gravitacional es una pequeña fluctuación en la curvatura de la tela del espacio-tiempo, la cual se propaga en forma de ola, viajando hacia a fuera a partir de un objeto o un sistema de objetos en movimiento. Fue predicha por Einstein, y su estudio podría contestar el gran interrogante sobre cuál es la naturaleza de la gravedad. Aunque la radiación gravitacional no ha sido medida directamente, su existencia se ha demostrado indirectamente, y se piensa que podría estar ligada a violentos fenómenos cósmicos. Una sofisticada antena interferométrica espacial llamada LISA, que será puesta en órbita en la próxima década, se dedicará a detectar y analizar las ondas gravitacionales.

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Re: Misterios de la Astronomía - Introducción

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