Física y Astronomia: diciembre 2013

CARACTERÍSTICAS DE UNA ESTRELLA

TEMPERATURA
Tal vez sea la ley de Planck el método más utilizado para determinar temperaturas estelares por intermedio de los índices de color.
En las estrellas de mayor temperatura (de color azul), que son también las de mayor masa, aquéllas toman valores entre los 40.000K y 50.000K; en cambio en las más frías (de color rojo) sus temperaturas son del orden de los 2.500K a 3.000K. Se pueden encontrar estrellas con temperaturas menores, aunque para ello son necesarios detectores sensibles en el infrarrojo.
Las estrellas de altas temperaturas se caracterizan por líneas de átomos ionizados, mientras que en las estrellas más frías aparecen líneas de átomos neutros y bandas moleculares. La temperatura de una estrella está relacionada con su índice de color; por otra parte, la temperatura de la atmósfera en que se originan las líneas espectrales determina la intensidad de éstas. Por estas razones, se admite que existe una relación entre el espectro y el índice de color de las estrellas.

MASA

La masa de una estrella es la cantidad de gramos de materia que posee. Es un número difícil de obtener, ya que la luz que recibimos de los astros no nos dice nada acerca de ese valor. No se puede conocer la masa de estrellas aisladas porque, a causa de su lejanía, no se conoce el efecto de su fuerza de atracción gravitatoria sobre sus vecinas. Para los sistemas dobles, este método es aplicable ya que el par de estrellas se encuentran tan próximas entre sí que se afectan mutuamente de modo considerable.

LUMINOSIDAD

Las luminosidades de las estrellas son una función definida de su masa y ellas aumentan rápidamente con el incremento de la masa. Todas las estrellas enanas siguen esta ley. No se aplica para estrellas gigantes, supergigantes y enanas blancas. Las luminosidades de las estrellas son proporcionales a sus masas elevadas a la 3.

LA VÍA LÁCTEA

La Vía Láctea se nos aparece como una sucesión de nubes blanquecinas de diferente intensidad, que presenta además algunas bifurcaciones. Esta constituida por una gran número de estrellas. Esta banda cruza la esfera celeste según un círculo máximo inclinado unos 60° respecto del ecuador celeste. Casi todos los objetos celeste que observamos a simple vista desde la Tierra forman parte de la Vía Láctea.

La Vía Láctea se corresponde con el plano principal de un objeto en forma de disco, muy extendido en diámetro pero relativamente poco en espesor; presentar una forma lenticular con un espesor seis veces menor que su ancho. Las estrellas aparecen concentradas en el centro de la Galaxia y la densidad de estrellas disminuye hacia su periferia.

Las galaxias presentan notables variedades de forma y de luminosidades. De acuerdo con su apariencia y posición en la esfera celeste, estos objetos se han reunido en diferentes catálogos: el Catálogo de Messier, New General Catalogue e Index Catalogue.

Además, las galaxias pueden clasificarse según su forma en espirales, elípticas, y un pequeño grupo con aspecto amorfo denominado galaxias irregulares. Otra manera de clasificarlas es por su luminosidad y dimensiones reales.

Los tamaños de las galaxias son muy variados. La nuestra, tiene un diámetro de 100.000 AL (30kpc), con lo que resulta ser una galaxia espiral típica.

Las espirales y las elípticas de mayor tamaño son los objetos individuales de mayor brillo intrínseco en el Universo. Las irregulares son más débiles que las primeras.

El cálculo de la masa de una galaxia se puede deducir estableciendo el equilibrio de la fuerza centrífuga con la atracción total de la gravitación, cuando se conoce el período de rotación.

El estudio de la luminosidad intrínseca de una galaxia, no permite determinar el contenido de estrellas y por consiguiente su masa.

Las galaxias espirales presentan campos magnéticos alineados con sus brazos espirales.

La distancia a que se encuentran las galaxias relativamente próximas se puede conocer a través de los objetos estelares que aparecen en ellos y para los cuales conocemos su luminosidad. En galaxias más alejadas debemos utilizar indicadores de distancia menos precisos, como las estrellas supergigantes azules. En las galaxias extremadamente alejadas no es posible utilizar propiedades individuales de las estrellas, salvo en las supernovas.

INFLACIÓN CÓSMICA

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 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.
La inflación resuelve varios problemas en la cosmología del Big Bang que fueron señalados en los años 1970. Estos problemas vienen de la observación que para parecerse a como es el Universo hoy, el Universo tendría que haber empezado de unas condiciones iniciales "especiales" o muy puestas a punto cerca del Big Bang. La inflación resuelve estos problemas proporcionando un mecanismo dinámico que conduce al Universo a este estado especial, de esta manera formando un Universo como el nuestro mucho más natural en el contexto de la teoría del Big Bang.

Problema del horizonteEl problema del horizonte es el problema de determinar por qué el Universo parece estadísticamente homogéneo e isótropo de acuerdo con el principio cosmológico.

Problema de la monotoníaEste problema está exacerbado por las recientes observaciones de la radiación de fondo de microondas que han demostrado que el Universo es plano hasta la precisión de un porcentaje pequeño.

Problema del monopolo magnéticoEl problema del monopolo magnético (algunas veces llamado el problema de las reliquias exóticas) es un problema que sugiere que si el Universo primigenio estaba muy caliente, se produciría un gran número de monopolos magnéticos estables y muy pesados.

Large Hadron Collider o LCH

Large Hadron Collider o LCH (Gran Colisionador de Hadrones) se emplea para hacer chocar entre sí haces de protones que marchan en sentidos opuestos y así generar inmensos volúmenes de otras partículas de alta energía y alta temperatura. Con ello se explora la física de los tiempos muy tempranos del universo. Particularmente, se busca una partícula elemental llamada técnicamente bosón de Higgs que, dentro del modelo estándar de la física subatómica, otorga masa a las demás partículas. Por eso, alguien tuvo la ocurrencia de llamarla partícula de Dios y, por extensión, se habló de la máquina de Dios, sin que se trate en ambos casos de otra cosa que una fantasía.Es un circuito cerrado por la tecnología actual. Hacer un recorrido lineal requeriría varias veces los 27Km. que tiene el circuito cerrado, resultaría muy caro y sería inestable. En un acelerador de circuito cerrado se puede dar más empuje a las partículas sin tener que extender la longitud de su recorrido. El límite es la capacidad de hacer girar una partícula cargada a la que se entregó mucha energía. Se necesitan campos magnéticos muy intensos y los que isa el LHC son los más altos alcanzados con la tecnología actual. Una razón más prosaica es que el túnel ya existía desde hace años, y se construyó el mejor acelerador compatible con lo que ya estaba.
No se advierte que pueda haber peligro en explorar las cosas nuevas que se ensayarán. El universo hace constantemente lo que hará el acelerador y no se han visto consecuencias catastróficas. Los rayos cósmicos que llegan a la Tierra y chocan con la materia de la atmósfera superior traen energías mayores, en algunos casos enormemente mayores. La diferencia es que en el acelerador se puede controlar el experimento y analizar con detalle lo producido.

Teoría de cuerdas

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.

Las ideas fundamentales son dos:
-Los objetos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos unidimensionales extendidos (en las cinco teorías de cuerdas convencionales estos objetos eran unidimensionales o "cuerdas"; actualmente en la teoría-M se admiten también de dimensión superior o "p-branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los cálculos perturbativos.

-El espacio-tiempo en el que se mueven las cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, en el que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.

La teoría de supercuerdas es algo actual. En sus principios (mediados de los años 1980) aparecieron unas cinco teorías de cuerdas, las cuales después fueron identificadas como límites particulares de una sola teoría: la Teoría M. Las cinco versiones de la teoría actualmente existentes, entre las que pueden establecerse varias relaciones de dualidad son:

La Teoría de cuerdas de Tipo I, donde aparecen tanto "cuerdas" y D-branas abiertas como cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-branas tienen 1, 5 y 9 dimensiones espaciales.

La Teoría de cuerdas de Tipo IIA, es también una teoría de 10 dimensiones pero que emplea sólo cuerdas y D-branas cerradas. Incorpora dos gravitines (partículas teóricas asociadas al gravitón mediante relaciones de supersimetría). Usa D-branas de dimensión 0, 2, 4, 6, y 8.

La Teoría de cuerdas de Tipo IIB. Difiere de la teoría de tipo IIA principalmente en el hecho de que la esta última es no quiral (conservando la paridad).

La Teoría de cuerda heterótica SO(32) (Heterótica-O), basada en el grupo de simetría O(32).

La Teoría de cuerda heterótica E8xE8 (Heterótica-E), basada en el grupo de Lie excepcional E8. Fue propuesta en 1987 por Gross, Harvey, Martinec y Rohm.