ASTROFISICA: Introducción, Historia, Teorías físicas implicadas

ÍNDICE GENERAL

La Astrofísica es la ciencia que estudia los Astros desde el punto de vista de la física. Este es un microcurso o monografía de 27 páginas que sirve de pequeña introducción al fascinante mundo del Cosmos desde su génesis hasta nuestros días, donde se explican fenómenos como las fuerzas de interacción, el movimiento de los astros, y las fuerzas que intervienen en sus movimientos. Se puede descargar también en pdf


1

INTRODUCCIÓN

 

4

FENÓMENOS Y SU MEDICIÓN

 

6

GALAXIAS

41

ESPACIO Y TIEMPO

61

CLASIFICACIÓN DE LAS GALAXIAS

2

UN POCO DE HISTORIA

42

EL MOVIMIENTO DE LOS   ASTROS

62

MATERIA OSCURA

43

MASA Y GRAVEDAD

63

GALAXIAS ACTIVAS

44

CAMPO MAGNÉTICO

64

LA VÍA LÁCTEA

45

LA LUZ

65

COLISIONES ESTELARES

3

TEORÍAS FÍSICAS IMPLICADAS

 

 

66

EL NACIMIENTO DE LAS ESTRELLAS

31

TEORÍA DEL CAMPO GRAVITACIONAL

5

ESTRELLAS

67

EL CAMPO MAGNÉTICO

32

TEORÍA DEL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO

51

CLASIFICACIÓN ESTELAR

7

COSMOLOGÍA

33

TEORÍA DE LA MECÁNICA CUÁNTICA

52

CASOS ESPECIALES

71

MODELO COSMOLÓGICO ACTUAL

34

TEORÍA DE LA RELATIVIDAD

 

 

72

ACTUALIDAD COSMOLÓGICA


1- INTRODUCCIÓN

 

La Astrofísica es la ciencia que estudia los astros, desde el punto de vista de la física. Por tanto, está ligada a la Astronomía (estudio visual de los astros) y a la Física (estudio de las leyes del Universo). Podemos decir que es una rama específica de la física, cuyas leyes, fórmulas y magnitudes, se emplean para describir las propiedades y el comportamiento de los cuerpos estelares.

 

Históricamente, la astrofísica era independiente de la astronomía, si bien, Ambas ciencias se fundieron en una sola cuando famosos matemáticos y físicos descubrieron la forma de relacionar ambas disciplinas, de forma que hoy en día es inconcebible estudiar con rigor las estrellas o las galaxias sin el apoyo de las leyes físicas que las gobiernan. Junto a la astrofísica y la astronomía, discurre paralelamente la cosmología, que es el estudio completo del origen o la historia del Universo en su conjunto.

2- UN POCO DE HISTORIA

 

Los registros históricos más antiguos de los que se tiene constancia acerca del interés del ser humano en estudiar los astros, datan incluso del neolítico, cuando se estudiaba la configuración del firmamento y las estrellas, en ocasiones con fines exclusivamente religiosos, como se puede comprobar en los monumentos de Stonehenge, el disco de Nebra, o las pirámides precolombinas. En todos los casos, ya quedaba patente el interés del ser humano por descubrir los secretos de las estrellas, sus posiciones y movimientos. Destacaron también otros grandes filósofos de la antigüedad, como Aristóteles, con su teoría geocéntrica, Erastotenes, con el diseño de uno de los primeros astrolabios (la esfera armilar) y multitud de eruditos de todos los continentes.


No fue hasta la edad media que los filósofos comenzaron a mezclar las simples observaciones, con estudios geométricos más precisos, destacando sabios de la talla de Nicolás Copérnico, Galileo, Kepler, etc.., si bien, ninguno de ellos contaba aún con los necesarios conocimientos físicos para, no sólo describir lo que veían, sino comprenderlo, predecirlo y analizarlo, lo que empezó a suceder cuando el gran Isaac Newton escribió sus "principios matemáticos de filosofía natural" y postuló las Leyes de la gravitación Universal, estableciendo las bases de la mecánica clásica.

 

A principios del S. XIX, las leyes de Newton pudieron ser complementadas con los primeros estudios del comportamiento de la luz, cuando J. Von Frauhofer analizó el espectro de la luz solar, descubriendo que ciertas características de los astros pueden ser analizadas y estudiadas bajo el amparo de las propiedades del espectro, momento en el que nace la astrofísica moderna.


3- TEORÍAS FÍSICAS IMPLICADAS

 

Ya que la astrofísica discurre irremisiblemente paralela a los avances de la física y las matemáticas, sus fundamentos también se adaptan a los nuevos

descubrimientos y teorías físicas, en orden cronológico a dichos avances. Así, el universo de los astros ha sido explicado al menos de cuatro maneras diferentes con el transcurso de los años, de acuerdo a las siguientes teorías:

 

1- La teoría de la mecánica clásica y el campo gravitacional, bajo los

estudios de Newton

 

2- La teoría del campo electromagnético, tras los descubrimientos de

Maxwell

 

3- La teoría de la mecánica cuántica, introducida por Max Planck

 

4- La teoría de la relatividad general, postulada por Albert Einstein


31: Teoría del campo gravitacional

 

Los primeros estudios científicos sobre las propiedades de los astros, se basan en los conocimientos que introdujeron Isaac Newton y otros científicos de la época. Según dichos estudios, los astros obedecían a las Leyes postuladas por el matemático inglés, de acuerdo a las características de los campos gravitacionales, cuya interacción con otras fuerzas y fenómenos determinaban el movimiento y la física de los cuerpos celestes. La primera consecuencia podría ser la de considerar los movimientos de un sistema solar como si de un "sistema inercial" se tratara, donde las fuerzas cumplen las leyes de Newton. No obstante fue Johannes Kepler quien, basado en las observaciones del danés Tycho Brahe, formuló las primeras leyes del movimiento de los astros.

 

Estas Leyes convencieron a Newton de que, de alguna manera, los astros ejercían sobre los demás cuerpos, algún tipo de fuerza de atracción y que dicha fuerza influía en el movimiento de los mismos, tras lo que conformó finalmente su teoría del campo gravitatorio, hallando la fórmula que deduce la fuerza de atracción entre dos astros, dependiendo de sus masas, la distancia que las separa y una constante gravitacional calculada posteriormente por Henry Cavendish El hallazgo de esta función, permitió confirmar las leyes de Kepler y extrapolar lo observado al resto de los planetas hasta entonces conocidos.


31: Teoría del campo electromagnético

A pesar de su genialidad, la teoría gravitacional de Newton parecía dejar sin

explicación algunos fenómenos astrofísicos bien observados. A comienzos del S.XIX ya se formulaban teorías más o menos originales sobre la naturaleza de ciertos fenómenos físicos como la luz, la electricidad o el magnetismo. Sin poder evitarlo, dichos descubrimientos acabaron afectando a la astrofísica cuando J.C. Maxwell unificó dichos avances en su teoría del campo electromagnético, al percatarse de que todos esos fenómenos guardaban relación entre sí. Los avances de Maxwell permitieron ahondar en la astrofísica, al aplicar en dicha ciencia las propiedades de las ondas, la luz, etc, de forma que las propiedades de los astros ya no dependían tan sólo de fuerzas reales o ficticias estudiadas por Newton, como la propia gravedad, la inercia, el momento angular, etc, sino que ahora debían tenerse en cuenta los fenómenos electromagnéticos. Y efectivamente, fue Maxwell quien se percató de la relación existente entre la fuerza de la gravedad, la fuerza de atracción magnética y la propia luz, al comprobar, en

primer lugar, la similitud entre sus respectivas fórmulas y finalmente, el sorprendente resultado de dividir la constante gravitacional entre la constante magnética, cuyo resultado era otra constante elevada al cuadrado: la propia velocidad de la luz.

 

De esta manera, la ciencia de la astrofísica ya no se basaba casi exclusivamente en las propiedades de la gravedad, como en tiempos de Newton, sino que ahora debía tenerse en cuenta también la repercusión de los fenómenos electromagnéticos.


32: Teoría de la Mecánica Cuántica

 

Las "normas" de la mecánica clásica de Newton y las recién incorporadas de Maxwell, a pesar de su genialidad, no pudieron durante mucho tiempo, explicar diversos fenómenos observados con los nuevos instrumentos de medición empírica, como por ejemplo, las resultantes de calcular la radiación térmica de ciertos objetos. Fue el físico alemán Max Planck quien resolvió muchos de dichos cálculos utilizando "trucos matemáticos" que, a la postre, supondrían el nacimiento de una nueva teoría física: la mecánica cuántica. Nuevamente, el universo astrofísico tuvo que adaptarse a los recientes descubrimientos que descifraban el comportamiento de la materia y la energía, desde la óptica de la mecánica cuántica.


33: Teoría de la relatividad

 

Finalmente, la mecánica cuántica dio paso, de manera irremisible, a los nuevos ajustes propuestos por el genio alemán Albert Einstein, cuando dedujo nuevos e inquietantes fenómenos que implicaban tanto a la materia, como al espacio y el tiempo. Aún hoy en día, gran parte de sus teorías se están terminando de demostrar, mediante avanzados experimentos.

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Comentarios: 11
  • #1

    yo (miércoles, 28 enero 2015 23:19)

    ***Graciass ***

  • #2

    canaldeciencias (domingo, 15 marzo 2015 22:53)

    De nada, Yo

  • #3

    Francisco (lunes, 16 marzo 2015 01:33)

    Mola. Muy completo y sencillo

  • #4

    karina (jueves, 16 abril 2015 03:36)

    Muy buen información, completa y muy bien resumida.

  • #5

    manuel (domingo, 26 julio 2015 12:46)

    Genial ...

  • #6

    Diego (sábado, 17 octubre 2015 01:55)

    Muchisimas gracias! Muy buena monografia!

  • #7

    canal de ciencias (lunes, 19 octubre 2015 12:59)

    gracias a ti, diego

  • #8

    marianna (viernes, 14 octubre 2016 05:32)

    muy buena pagina , es muy sencilla y ademas esta muy bien resumida , me sirvió de mucho gracias

  • #9

    Marye (domingo, 22 enero 2017 21:29)

    Huuuao me sirvió de mucho gracias

  • #10

    Jose Alberto VICENTE (sábado, 06 mayo 2017 15:07)

    Muy buena informacion, vale la pena leer e interiorizarse, un gran saludo para ustedes.-

  • #11

    eduardo alberto (lunes, 26 junio 2017 14:13)

    Es apasionante introducirse en la lectura de estos textos, como admirable la mente y el trabajo de tantos científicos que seguramente entre errores y aciertos lograron llegar a esas conclusiones, con las que la ciencia día a día nos sorprende.