¿QUÉ ES LA COSMOLOGÍA?

La cosmología es la ciencia que estudia el universo. Como la entendemos hoy, trata de colocar juntas todas las piezas del gran rompecabezas que constituye el estudio del universo, y concebir un todo coherente y armonioso.

El universo es, en efecto, tanto en su constitución como en su funcionamiento, un sistema bello y armonioso: un kosmos.

La cosmología del siglo XXI no pretende explicar el origen del cosmos, pues los científicos saben bien que ese “origen” aún está vedado a las más recientes y desarrolladas teorías de la física. El nombre Big Bang no significa lo que parece. Hoy los cosmólogos no se abocan a explicar el origen sino más bien la evolución del universo que nos rodea.

Pero la cosmología es más que esto. Es también la historia de la humanidad en busca de sus orígenes. Es el intento más que milenario de comprender las fuerzas naturales que rigen el cosmos.

La teoría de la relatividad imagina el espacio-tiempo como una entidad deformable y dinámica. La materia hace curvar el espacio que la contiene, esto es, modifica las propiedades geométricas del espacio. El tiempo también se ve afectado.

Los planetas, siguen órbitas keplerianas porque la gran masa del astro curvó el espacio que lo rodea y no les queda otra opción que recorrer sus caminos sobre un espacio curvo. Entonces, la fuerza gravitacional se debe a la curvatura del espacio, la cual también afecta a toda entidad que se desplace en los alrededores del Sol. En efecto, la luz “pesa”, es decir, se ve afectada por lo cuerpos masivos; por lo tanto, ahora se sabe que muchos objetos astronómicos no emiten ningún tipo de radiación pero la luz de estrellas lejanas que pasa por las cercanías de estos objetos oscuros se ve desviada en su trayectoria, iluminándolos. Este nombre se conoce hoy con el nombre de “efecto de lente gravitacional”.

NUESTRA GALAXIA

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.

ALGUNOS CONCEPTOS...

AGUJEROS NEGROS

Un agujero negro se origina cuando una cantidad apreciable de materia se acumula en un volumen 

extremadamente reducido; entonces la fuerza de atracción gravitatoria es tan intensa que la materia se comprime hasta adquirir un estado superdenso. La gravedad del objeto es allí tan elevada, que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz. De este hecho deviene su denominación: el nombre agujero resulta de designar a un cuerpo en el cual la materia puede caer en él, pero del que no puede salir. Como la luz tampoco logra escapar, este objeto no será observable; ésta última característica, en el decir de los astrónomos, lo identifica como negro. En los agujeros negros se define un horizonte de sucesos dentro del cual cualquier objeto es incapaz de escapar.

MATERIA INTERESTELAR

La materia interestelar; esta materia representa, al menos, un 20% de la masa de la Vía Láctea.El gas se presenta bajo la forma de átomos y moléculas, donde el elemento más abundante  es el hidrógeno; en orden de abundancia le siguen el helio, el carbono, el oxígeno, el nitrógeno y el hierro. Entre las moléculas, hasta este momento se han detectado alrededor de 100 variedades, algunas de ellas extremadamente complejas.

Por otra parte, el polvo se compone de pequeñas partículas, en general menores que unos 10 micrones, que modifican la luz de las estrellas que se encuentran detrás; no brilla y por consiguiente sólo se lo distingue cuando aparece proyectado sobre regiones brillantes, como nebulosas difusas, o grandes aglomerados de estrellas.

NEBULOSAS PLANETARIAS

Una nebulosa planetaria consiste en una nube de gas, brillante, que rodea una estrella; ésta última se halla en un estado bastante avanzado de su evolución.

El aspecto de la nebulosa corresponde a la superficie proyectada de una esfera, y por consiguiente ópticamente aparece como un disco circular; de ahí el nombre de planetaria, el cual no tiene ninguna relación con su estructura real. A diferencia de las nebulosas brillantes, las nebulosas planetarias resultan de un proceso de pérdida de materia por parte de una estrella ubicada en su centro. A las nebulosas planetarias se las descubre por su forma circular, ya sea por medio de un telescopio o por fotografías. Si la velocidad de expansión del gas no es la misma en todas las direcciones, la nebulosa resultante no tiene apariencia circular. Las nebulosas planetarias son objetos que forman parte de la población del disco galáctico, aunque no de los brazos espirales.

QUASARES

Los quasares son objetos que forman parte del universo de las galaxias, con dimensiones probablemente no mayores que la del sistema solar en conjunto. Representan un estado particular de desarrollo de las galaxias.

Presentan una apariencia estelar cuando son observados ópticamente, sin embargo, al ser analizados más detalladamente, presentan una estructura más compleja.

Se considera a los quásares como los objetos más luminosos del Universo.

OBJETOS PECULIARES
Como ejemplo de un caso peculiar se puede mencionar el par de quasares conocidos como PHL 1222, con una magnitud total de 18m; este sistema doble, con una separación angular de 3” estre componentes, resulta un objeto extremadamente curioso, ya que es la única evidencia de dos quasares juntos. El corrimiento al rojo de PHL 1222 es de z= 1,91 lo que indica una distancia del orden de los 12.000 millones de años luz. De esta manera, ambas componentes tienen una separación de 100.000 años luz aproximadamente. Las fotografías muestran que este doble quasar está rodeado por numerosos objetos débiles, posiblemente galaxias; de ser así lo dos quasares se encuentran formando parte de un cúmulo de galaxias.

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.

TIEMPO DE VIDA

Se puede estimar el tiempo de vida de una estrella por medio de la siguiente expresión:

donde queda expresada la relación proporcional entre la edad de una estrella y la masa, e inversamente proporcional con la generación de energía (luminosidad).

ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LAS ESTRELLAS

NUESTRO UNIVERSO

¿QUÉ ES UNA ESTRELLA?
Las estrellas son esferas de gas con luz propia cuya energía resulta de transmutaciones nucleares en su interior, y que es emitida al espacio en forma de radiación. Del estudio del haz luminoso que nos llega de las estrellas obtenemos información sobre algunas de sus características físicas: temperatura, radio, composición química, si la radiación emitida es constante o variable, si el radio de la estrella se mantiene estable o eventualmente varía de tamaño, etc. Si la estrella forma parte de un sistema doble podemos determinar además su masa, y si eventualmente pertenece a un cúmulo estelar, podremos estimar su edad, o sea el tiempo transcurrido desde que se formó.

AGRUPACIONES ESTELARES: TIPOS

CÚMULOS GLOBULARES

Los cúmulos globulares son cúmulos muy compactos de estrellas con un número de miembros que oscila entre varios miles y cientos de miles de estrellas. Son de forma esférica o esferoidal y de este hecho proviene su denominación ya que semejan a un globo. Se conocen unos 150 de estos objetos en nuestra galaxia. Se los encuentra presentes en toda la esfera celeste, aunque se evidencia una fuerte concentración en la dirección de las constelaciones de Escorpio y Sagitario. Son objetos con grandes velocidades radiales y con una distribución casi esférica. Se considera que los cúmulos globulares tienen una masa correspondiente a alrededor de 300 a 500 mil estrellas como el Sol. Las estrellas miembros de un cúmulo globular se mueven en órbitas alrededor del centro de gravedad del cúmulo.

CÚMULOS ABIERTOS

El número de miembros de un cúmulo abierto varía entre unas 50 estrellas en los más pequeños y varios centenares en los más grandes. Los cúmulos abiertos ocupan un volumen bastante irregular y no muestran ningún tipo de simetría. En nuestra galaxia se han catalogado unos 1.000 cúmulos abiertos; se los encuentra distribuidos a lo largo de toda la banda luminosa de la Vía Láctea. En las galaxias espirales, su distribución sigue la forma espiral de los brazos. Generalmente se componen de estrellas calientes rodeadas por una nube de polvo y gas; esta característica no se observa en los cúmulos globulares. Presentan una gran dispersión en las edades. Así, los más jóvenes muestran edades de unos pocos millones de años y los más viejos del orden de los 5 mil millones de años. Un cúmulo abierto se mantiene estable por un largo tiempo dado que la atracción gravitacional entre sus miembros es mayor que la de las estrellas a su alrededor. Las velocidades de las estrellas dentro del cúmulo son al azar, o sea diferentes una a otra.

ASOCIACIONES

Los astrónomos han observado que en determinadas regiones de nuestra galaxia hay una apreciable acumulación de estrellas azules. A estos grupos se los denominó asociaciones. Las asociaciones OB son grupos estelares muy dispersos cuyo núcleo es, generalmente, un cúmulo abierto. Otro tipo de asociación son las asociaciones T, correspondientes a estrellas variables de tipo T Tauri o RW Aurigae.

En cuanto a su edad se trata de  agrupaciones de corta vida que en menos de 10^7 años se desintegran completamente. La desintegración en un lapso relativamente corto se debe a que, por distribuirse sobre regiones muy amplias. La atracción gravitacional entre ellas es débil. Además, aparecen vinculadas con densas masas de gas y polvo interestelar. Se conocen unas 70 de esas asociaciones.