Guia de l’autoestopista galàctic

Ramon OliverDepartament de Física

Universitat de les Illes Balears

Setmana de la Ciència i la Tecnologia — 2008

2Resumen

Haremos un paseo por el Universo

Aprenderemos algunos conceptos astronómicos básicos

Planeta

EstrellaGalaxia

Gigante roja

Enana blanca

Vía Láctea

ConstelaciónAgujero negro

El Cosmos:desde lo más lejano a

lo más cercano

4¡Galaxias por todas partes!

Imagen de un pequeño trozo de cielo

¿Cuántas galaxias hay en el Universo?

Respuesta: unos 70millones

5Galaxias

Los objetos más grandes del Universo son las galaxias

Una galaxia es una agrupación de estrellasy nubes de gas y polvo

¿Cuántas estrellas hay en una galaxia?

Respuesta: unos100.000 millones

6Galaxias

El número de estrellas en una galaxia es tan elevado que parece que las galaxias son objetos “sólidos”• Sin embargo, prácticamente son espacio vacío

7Galaxias, galaxias, galaxias, …

8Nuestro lugar en el Universo

ly = light-year

1 año-luz ~ 10 billones de km

9Nuestro lugar en el Universo

Vía Láctea

10Nuestra galaxia: la Vía Láctea

Sol

100.000 años-luz

1 año-luz ~ 10 billones de km

Sol

Nuestra galaxia tiene unos 100.000 millones de estrellas

¿Tamaño de la galaxia?

¿Dónde estamos?

11Nuestro lugar en la Vía Láctea

Sol

12Nuestro lugar en la Vía Láctea

13Nuestro lugar en la Vía Láctea

14¡Ya llegamos!

La estrella más cercana se halla a unos 4 años-luz• Las galaxias son prácticamente espacio vacío

15¡Hemos llegado!: el Sistema Solar

El Sistema Solar está formado por:

• El Sol

• Objetos que giran alrededor del Sol (planetas, planetas enanos, asteroides, cometas, …)

• Objetos que giran alrededor de éstos (satélites, por ejemplo la Luna)

16Los ocho planetas

JÚPITER

SATURNO

URANO NEPTUNO

PLUTÓN

MERCURIO

VENUS

TIERRA

MARTE

SO

L

17Foto de familia del Sistema Solar

18El cielo nocturno

La mayor parte de los astros que vemos a simple vista son estrellas de nuestra galaxia

19Constelaciones

Una constelación es una agrupación visual de un conjunto de estrellas que se presentan juntas desde nuestro punto de vista

20Constelación de Orión (el cazador)

Desde otro lugar de la galaxia la constelación de Orión tiene un aspecto muy diferente

Las estrellas que la componen pueden quedar en lados opuestos del firmamento

21Constelación de Orión (el cazador)

22El cielo nocturno

También observamos galaxias y la propia Vía Láctea• Nuestra posición en la Vía Láctea sólo nos

permite verla como una banda de luz (¡con zonas oscuras!)

Vía Láctea

Nubes de

Magallanes

(galaxias enanas)

23La Vía Láctea

El brillo de la Vía Láctea no es uniforme…

¿A qué se deben las zonas oscuras?:

a. Hay un déficit de estrellas

b. En estas regiones las estrellas son menos brillantes

c. Las estrellas están tapadas por “algo”

¿A qué se deben las zonas oscuras?:

a. Hay un déficit de estrellas

b. En estas regiones las estrellas son menos brillantes

c. Las estrellas están tapadas por “algo”

¡Bienvenidos al zoo!

25Nubes moleculares

La Vía Láctea contiene nubes de gas (H2) y polvo que ocultan las estrellas que se encuentran detrás • En estas nubes tiene lugar el nacimiento de nuevas

estrellas

Distancia: 500 años-luz

Tamaño: 8 años-luz

Masa de las nubes moleculares:hasta 106 M☉

26Nubes moleculares y formación estelar

Dentro de la nube se ha formado una estrella (no es visible)

Ésta es responsable de un chorro de material que ha abierto un hueco en la nube

Distancia: 600 años-luzTamaño: 1 año-luz

27Formación estelar

Las estrellas acaban “erosionando” y “evaporando” la nube en la que se han formado

En esta imagen, una o más estrellas fuera de la imagen (arriba) han creado estos pilares, en cuyo extremo hay estrellas en formación

28Estrellas jóvenes

Las Pléyades son un ejemplo típico de un grupo de estrellas jóvenes (cúmulo abierto)

Quedan restos de la nube a partir de la

que se formaron las

estrellas

29Más nebulosas

Las nebulosas de emisión (color rojo) y de reflexión (azul) se encargan de darle color a la galaxia

Están relacionadas con regiones de formación

estelar

30La vida de las estrellas

No todas las estrellas son iguales

31

2.5 M☉ 2.5 R☉

T = 9.500 K

1.5 M☉ 1.5 R☉

T = 7.000 K

12 M☉ 8 R☉

T = 30.000 K

Color, temperatura superficial, masa, …

120 M☉ 15 R☉

T = 50.000 K

1 M☉ 1 R☉

T = 6.000 K

0.7 M☉ 0.7 R☉

T = 5.000 K

0.5 M☉ 0.6 R☉

T = 3500 K

M < 0.08 M☉ límite subestelar

Enanas marrones

Tras el nacimiento de una estrella:

32Evolución estelar

Las estrellas sufren variaciones en su color y temperatura superficial a lo largo de su vida• Pasan por distintas fases, de las cuales la más apacible y

duradera es la que llamamos secuencia principal

El camino evolutivo de una estrella depende sobre todo de cuál es su masa al nacer

El tiempo de vida de una estrella depende de su masa inicial• El tiempo de vida varía de forma inversamente

proporcional a la masa al cubo

• 2 M☉ ⇒ tiempo de vida 23 = 8 veces menor que el del Sol

• 10 M☉ ⇒ tiempo de vida 1.000 veces menor que el del Sol

33Evolución estelar (I)

El Sol pasará 10.000 millones de años en la secuencia principal (ya lleva 5.000) y 1.000 millones de años como gigante roja

Nacimiento

Secuencia principal

Gigante roja

Nebulosa planetari

a

Enana blanca

0.75 M☉ < M* < 5 M☉

M* < 1.4 M☉

La fase de nebulosa planetaria dura unos

50.000 años solamente

34Nebulosa planetaria y enana blanca

Enana blanca

Masa < 1.44 M☉

Radio RTierra

Densidad 106 - 107 g/cm3

35Nebulosa planetaria y enana blanca

36Nebulosas planetariaaaaaas

37Evolución estelar (II)

Las estrellas más masivas tienen una vida mucho más corta y una muerte mucho más espectacular

Después de la secuencia principal su tamaño crece enormemente y sufren variaciones “rápidas” de temperatura superficial

Su vida acaba con una gran explosión en la que se eyecta la mayor parte del gas de la estrella SUPERNOV

A

38Evolución estelar (II)

Nacimiento

Secuencia principal

Gigante roja

Nebulosa planetari

a

Enana blanca

0.75 M☉ < M* < 5 M☉

M* < 1.4 M☉

Supergigante

Supernova

Estrella de neutrones

o

agujero negro

M* > 5 M☉

39Supernova

Las supernovas son eventos que rara vez se aprecian a simple vista

Algunas son tan luminosas que su brillo supera al de la galaxia en la que se hallan

Unas semanas después

de la explosió

n

Supernova en la

nube grande

de Magallan

es

40Resto de supernova

La nebulosa del Cangrejo es el remanente de la supernova del año 1.054• Es una de las pocas supernovas de nuestra galaxia

de las que tenemos constancia

Resto de la supernova de

la nube grande de Magallanes

41Objetos compactos

Una explosión de supernova no siempre destruye completamente la estrella y entonces queda un residuo:• Estrella de neutrones• Agujero negro

Son objetos muy compactos (más incluso que las enanas blancas)

1.44 M☉ < M < 3 M☉

Radio 30 kmDensidad 1013 - 1015 g/cm3

M > 8 M☉

Radio = ?Materia comprimida en un estado desconocido

Estrella de neutrones

Agujero negro

42Estrella de neutrones

Púlsar (“pulsating star”) de la nebulosa del Cangrejo Eje de rotación

Haz de radiación

Haz de radiación

43Agujero negro

44Agujero negro

Se pueden detectar gracias a la emisión del material que cae sobre ellos

Composición artística de un agujero negro

acretando material de su

estrella compañera

46Los (¿ocho o nueve?) planetas

Los planetas giran alrededor del Sol• La órbita de Plutón es bastante peculiar

47Asteroides

Objetos rocosos demasiado pequeños para ser considerados planetas• El mayor (Ceres) tiene un

diámetro de unos 1.000 km• Orbitan alrededor del Sol

en un cinturón

48Cometas

También son objetos que giran alrededor del Sol• Son conglomerados de hielo y roca de unos pocos

km que desarrollan una cola al acercarse al Sol

49Cometas

Provienen del cinturón de Kuiper y la nube de Oort

50¡Y por fin, Plutón!

Para empezar, no es un único objeto, sino dos• Están acompañados por al menos dos más de

menor tamaño

Plutón y Caronte

comparados con los EEUU

2.274 kilómetros

1.172 kilómetros

51¡Y por fin, Plutón!

Desde 1992 se han ido descubriendo objetos similares a Plutón en el cinturón de Kuiper• También se denominan objetos trans-Neptunianos

(TNOs)Tamaño de Plutón, Caronte y los mayores TNOs conocidos

¿Cuántos planetas hay en el Sistema Solar?

53La organización del Universo

El Universo está dominado por la presencia de galaxias

Creemos que el

Universo contiene unos 70

millones de galaxias

54Galaxias

Las galaxias son agrupaciones de estrellas• Una galaxia tiene unos 100.000 millones de

estrellas