PRÓLOGO Vicealmirante ® Guillermo Uribe Peláez · Tratando de estar de acuerdo con la...
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PRÓLOGO
Vicealmirante ® Guillermo Uribe Peláez
Cuando en el año de 1980 fui a la Naval Postgraduate School en Monterey California EE.
UU., para atender el curso Internacional de Administración de la Seguridad Nacional, fui
invitado por alguien de la facultad (Phd Golman), a una comida en su casa. Asistí a la cena
y al terminar mi anfitrión me dijo más o menos lo siguiente: “Esta fue una invitación
interesada, pues quiero pedirle ver la posibilidad de que usted consiga que el teniente
William Porras, pueda permanecer tres meses más, que le permita completar un excelente
trabajo de investigación que está haciendo y termine su PhD.
En ese Instituto, después de los primeros exámenes, hizo parte de la lista de alumnos
distinguidos, pues en todas y cada una de sus calificaciones obtuvo la máxima nota y así
siguió hasta culminar sus estudios. Por todo esto fue distinguido como miembro de la
Asociación ETA KAPPA UN.
Cuando el Vicealmirante ® William Porras me presentó su libro “El tiempo y el Universo
¿abierto o cerrado?” y me que quería que hiciera el prólogo, inmediatamente le manifesté
que de pronto no estaba calificado para valorar en todad su extensión este magnífico trabajo
de investigación hecho por él.
Había leído dos libros relacionados con su trabajo: “El hombre y el tiempo” de J. B.
PRIESTLEY y el de STEPHEN WILLIAM HAWKING “A brief history of time from the
Big Bang to Black Hole” y al avanzar en el libro del Vicealmirante ® William Porras, me
encontré que me aclaraba algunas dudas que me habían quedado cuando leí los dos libros
arriba citados.
William Porras es un científico y matemático, pero en su escrito se bajó dentro de lo
pisible, en sus demostraciones para permitir a la mayoría de los profesionales a entender
sus cálculos. Nos pasea por las diferentes formas de medir el tiempo, desde el comienzo de
la humanidad, con meses lunares, meses o días adicionales, de acuerdo al número de
divisiones del año, lo que algunos llamaron el mes o días aciagos, en los cuales se
recomendaba permanecer en la casa para evitar males que les podían ocurrir fuera de ella.
Luego nos muestra los cálculos de los agujeros negros, como se forman y las diferentes
clases que de ellos existen.
En el capítulo EL UNIVERSO Y LA TIERRA, nos enseña de la Gran Explosión, de la
formación de estrellas, galaxias, nebulosas, cúmulos y súper cúmulos y los tiempos de su
formación hasta llegar a la edad del Universo y lo que le queda a nuestro Sol de hidrógeno
en su núcleo y cuando pasará por las etapas de gigante roja y enana blanca del tamaño de la
tierra.
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Lógicamente este estudio investigativo no podría terminar sin hablarnos de los telescopios
espaciales Hubble y Spitzer que sin lugar a dudas han facilitado enormemente el mejor
conocimiento del Universo y han permitido tener imágenes que nos facilita la mejor
comprensión de las teorías sobre el Universo.
Hace una comparación entre el tamaño de nuestro planeta, primero con los planetas de
nuestro sistema solar y luego con otras estrellas para llegar a la conclusión de que somos
apenas un pixel o para ser más gráfico un microbio en comparación con ellas. Igualmente
en un apéndice, nos muestra en forma sencilla las ecuaciones que le permiten a los
astrónomos, determinar las distancias a las estrellas.
En conclusión es este libro, puramente científico, no especulativo, vale la pena leerlo y que
William Porras lo ha escrito en forma todo lo ameno posible que permite un tratado sobre
estos temas.
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EL TIEMPO Y EL UNIVERSO: ¿ABIERTO O CERRADO?
POR
JOSÉ WILLIAM PORRAS FERREIRA
INTRODUCCIÓN
Las cuatro dimensiones conocidas hasta el momento, las conforman el tiempo y las tres que
describen un espacio en sus tres coordenadas X, Y, y Z, en donde se encuentra el Universo.
Especulaciones se han dado, buscando una quinta dimensión, donde podría existir la
antimateria o un Universo paralelo al nuestro, pero sin una comprobación científica
valedera.
Refiriéndonos a la primera dimensión, el tiempo, cualquier persona que por un momento
haya pensado sobre él, estará de acuerdo con San Agustín (354-430 d. de C.). San Agustín
en sus ”Confesiones” (XI, 14)1 escribió: “Que es el tiempo? Como nadie me pregunta,
siento que yo lo sé. Pero si tengo que explicarlo, no lo sé.” Es decir una definición
concluyente del tiempo parece imposible darla. Cuando empezamos a definirlo ya se nos ha
escapado y si lo reducimos a un concepto se mueve aun más lejano de nuestro alcance.
Tratando de estar de acuerdo con la concepción del tiempo dado por la lengua alemana en
el sentido de que el tiempo es derivado de sucesos de ayer, hoy y mañana, podemos
concluir que cuando pensamos en el tiempo estamos pensando en la vida, el nacer y morir,
porque tenemos conciencia de esa realidad.
Por otra parte el Universo ocupa las otras tres dimensiones, encerrando aún grandes
misterios para los científicos que incansablemente tratan de resolver. Ya desde los inicios
de los primeros cosmólogos Sócrates, Platón, Aristarco de Samos, y Arquímedes que
contemplaron el Sol, la luna y las estrellas, se preguntaban: ¿Qué somos, de dónde
venimos, a dónde vamos?; pasando por Aristóteles, Tolomeo, Copernico, Kepler, Lemaitre,
quienes descubrieron las primeras leyes que rigen el movimiento de nuestro sistema solar,
hasta Newton, Einstein, Hubble, Sandage, Zeidovich, Hawking y otros que han contribuido
con sus teorías y descubrimientos para determinar que el Universo está en expansión,
continuamente el hombre ha querido encontrar el origen del Universo, si pertenecemos a
un sistema cerrado o abierto y si este Universo algún día, dentro de miles de millones de
años, lanzará su último suspiro, para dejar de existir. El Universo sigue siendo inquietante,
misterioso. ¿Cuánta vida y atractivos esconde ese espacio tan infinito como desconocido?
¿Qué hay más allá de nuestra vista, o de nuestro entendimiento? ¿Cuánto nos queda por
1 San Agustín. “Confesiones“ (XI, 14) 400 d. de C.
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aprender o descubrir de él? ¿Podremos algún día tener la capacidad para navegar a través
de él?
Por ejemplo Aristarco de Samos (III a. de C.), sabio griego, ubicó al Sol en el centro del
Universo y los demás astros girando alrededor de él. Arquímedes publicó estos trabajos en
su libro “El Arenario”. Claudio Tolomeo (II d. de C.), elaboró otra teoría, donde la Tierra
era el centro del Universo y estaba quieta. La Luna, Mercurio, Venus y el Sol los colocaba
casi en línea recta y a medida que se iba alejando, colocaba a Marte, Júpiter, Saturno a los
que él llamaba estrellas inmóviles. Nicolás Copérnico en 1543, en su libro “La revolución
de las Esferas Terrestres”, publicó que el Sol estaba en el centro y los planetas a su
alrededor, girando en movimientos circulares uniformes, lo cual fue confirmado por el
italiano Galileo Galilei, al estudiar las fases del planeta Venus, descubriendo
experimentalmente que este giraba alrededor del Sol. Isaac Newton en el siglo XIX,
formuló las leyes de gravitación universal y dio explicación a las leyes del movimiento
formuladas por Kepler. En 1928 el belga Georges Lamaitre, construyó un modelo en
expansión, mediante el cual era posible predecir lo descubierto por Hubble2, al observar
que las galaxias se alejaban entre sí al verificar el corrimiento al rojo de sus velocidades
relativas y que confirmaba la teoría de un universo en expansión.
Como puede verse, teorías, se han escrito muchas, algunas ya han desaparecido, otras han
resistido las críticas y análisis de la comunidad científica, o cuentan con adeptos y las
teorías más audaces persisten aun, aunque el único seguidor, sea su expositor. Bueno al fin
de cuentas todo el mundo tiene derecho a exponer sus ideas. Cuando Einstein, con su
pensamiento puro y visionario, expuso la Teoría de la Relatividad, nadie se lo creyó, solo el
tiempo y comprobaciones científicas le dieron la razón.
En la figura No. 1, el telescopio Espacial Hubble, muestra una de las fotografías más
interesantes del universo profundo visible jamás obtenido por la Humanidad. Este ha
recibido el nombre de Campo Ultra profundo y el Hubble para su realización empleó una
exposición de más de un millón de segundos, lo cual represento 400 órbitas del telescopio
espacial en torno a la Tierra. La imagen revela las primeras galaxias que emergieron de las
llamadas "edades oscuras", los cuerpos que comenzaron a calentar el frío y oscuro Universo
poco tiempo después del Big Bang. Ante esa inmensidad del Universo los científicos se
vieron obligados a inventar una magnitud de medida: el «año luz», esto es, la distancia que
recorre la luz en un año (9.463.000.000.000 kilómetros).
Otro de los misterios que se vienen estudiando dentro del Universo son los llamados
Agujeros Negros. A partir de la década del 60 del siglo pasado, comenzaron a descubrirse
2 Edwin Powell Hubble (Noviembre 20, 1889 – Septiembre 28, 1953) Astrónomo norteamericano que
cambió profundamente el entendimiento de nuestro Universo.
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cuerpos celestes que venían a corroborar apreciaciones teóricas anteriores de hace más de
dos siglos.
El concepto de un cuerpo tan denso que ni la luz pudiese escapar descrito en un artículo
enviado en 1783 a la “Royal Society” por un geólogo inglés llamado John Michell quien
calculó que un cuerpo con un radio 500 veces el del Sol y la misma densidad, tendría, en su
superficie, una velocidad de escape igual a la de la luz y sería invisible. Posteriormente
Laplace en 1796 en Exposition du Systeme du Monde, cuando demostraba su teorema
que la fuerza de atracción de un cuerpo muy pesado puede ser tan grande, que la luz no
Figura No. 1. El Universo Profundo o Campo Ultra profundo
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pueda fluir fuera de él, lo confirmó matemáticamente. Con el avance de la ciencia
astronómica este concepto ha ido tomando mayor fuerza y ciertas observaciones hechas en
3 Página web: www.xtec.es/~rmolins1/univers/es/
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el cosmos, confirman su existencia, habiéndose bautizado dichos cuerpos como agujeros
negros.
El hecho de que se hayan detectado y observado ciertas singularidades en el cosmos donde
aparentemente no hay emisión de ninguna clase de energía, se ha relacionado con los
cálculos teóricos que demuestran que cualquier objeto que emita energía desde un agujero
negro, aparecerá indetectable desde el exterior ya que será tal la fuerza gravitacional
generada por él, que impedirá que la luz (fotón portador de luz) salga y solo por su
influencia gravitacional enorme a su alrededor se conoce su existencia.
Desde que el hombre comenzó a estudiar y comprender el tiempo y el Universo, como uno
estaba ligado al otro, la raza humana empezó a progresar. Nuestros ancestros empezaron
por estudiar las variaciones del día, como había un periodo de claridad seguido de un
periodo de obscuridad, después comenzaron a observar ciclos regulares de las fases de la
luna, determinando que entre uno y otro cambio igual transcurrían aproximadamente 29,5
días, después pudieron determinar las estaciones y como éstas tenían también un siclo
regular pero mucho más largo que el ciclo lunar, así pudieron llegar al año, que es el
periodo de rotación de la tierra alrededor del Sol y debido a la inclinación del eje de la
tierra con relación a su órbita, da lugar a que la luz del Sol llegue a la Tierra en diferente
ángulo a medida que ésta rota alrededor de él. Después observando las noches pudieron
determinar que las posiciones de los astros y las estrellas también tenían un significado en
el transcurso del tiempo. Las civilizaciones pasadas, plasmaron estas observaciones a través
de inmensas construcciones y monumentos en diferentes partes del mundo y que hoy en día
nos permite entender como el conocimiento sobre el tiempo y el cosmos les permitió
desarrollarse. Las civilizaciones que tenían más conocimiento sobre el tiempo y el
Universo se desarrollaban mucho más rápido que las que no lo poseían.
En esta introducción no se puede terminar sin mencionar a Carl Edward Sagan (1934-
1996), venía de una familia pobre de emigrantes rusa, desde muy temprana edad, se
interesó por el Cosmos y el porqué de todas las cosas que más tarde le llevarían a ser un
pionero y un popular astrónomo, exobiólogo y divulgador científico en todo el mundo. Fue
pionero también en campos como la exobiología y promotor del proyecto SETI ("Search
of ExtraTerrestreal Inteligence" literalmente: Búsqueda de inteligencia extraterrestre).
Se dio a conocer públicamente en la serie para la televisión de Cosmos: Un viaje personal,
presentada por él mismo entre 1977 a 1980, escrita y producida para la KCTE de
California. Fue titular de la cátedra David Duncan de Astronomía y Ciencias del Espacio
de la Universidad de Cornell y director del Laboratorio de Estudios Planetarios de dicha
universidad. Decía Sagan: “Somos el medio para que el Cosmos se conozca a sí mismo”.
Toda una realidad que me motivo a elaborar este libro.
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CAPITULO PRIMERO
EL TIEMPO
LA MEDIDA DEL TIEMPO4
El segundo es la unidad base de medición del tiempo
Pero que tanto es un segundo? Normalmente lo relacionamos con un suceso instantáneo.
Pero que tan lejos estamos de la realidad.
Realmente en un segundo, un montón de cosas pueden pasar y verdaderamente pasan: La
luz atraviesa aproximadamente una distancia de 300.000 Km, el hombre más veloz recorre
10 metros y así sucesivamente podríamos enumerar diferente eventos que ocurren en la
unidad del tiempo.
La primera definición oficial del segundo data de 1875, cuando el Comité Internacional de
Pesos y Medidas, estableció el Sistema Estándar de Referencia Métrico, cerca de Paris. El
segundo fue definido como 1/86400 parte de la medida de un día solar, computado sobre un
número suficiente de años para reducir el error. Esta definición fue reemplazada en 1956
por la siguiente: “El segundo es igual a 1/31.556`925.947 parte del año tropical calculado a
las 12:00 del día primero de enero de 1.900 en Greenwich.
En 1956, sin embargo, se fundó un Comité Internacional para revisar y definir el segundo,
conduciendo a la dada en 1967 y que permanece inalterable hasta el momento: “El segundo
es la duración de 9.162`631.700 periodos de radiación correspondiente a la transición entre
los dos niveles híper finos del estado fundamental del átomo de Cesio 133.”
Ahora Ud. Sabe que está diciendo cuando promete: “Regreso en un segundo”, o “Espere un
segundo”, expresiones usuales a cada segundo.
¿CÓMO SE MIDE EL TIEMPO?
En la antigüedad, el tiempo fue medido por la variación de la longitud de la sombra
proyectada por una varilla al recibir el Sol. También fue medido notando que tanto se
tomaba en pasar cierta cantidad de agua de un recipiente a otro, a través de una tubería
delgada. Esta era la forma empleada por los romanos de la antigüedad para medir el tiempo
permitido en los discursos frente a la corte. No solo el agua fue empleada como elemento,
otros como la arena o el quemado de cierta cantidad de cera, también se usaron como
medio para medir el tiempo.
4 Albert Ziegler. “Thoughts on time and its measurement”. Swissair Gazette., 1/1984.
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Pero no fue sino hasta la edad media que se visualizó que la exacta medición del tiempo,
solo era posible con la ayuda de procesos periódicos. El péndulo con su movimiento
oscilante, es la representación obvia de este principio.
Se ha afirmado que el astrónomo Árabe Ibn Junis uso el péndulo en sus estudios
astronómicos como elemento para medir el tiempo en el siglo XV. En los años recientes se
ha descubierto en los manuscritos y planos de Leonardo Da Vinci, el uso del péndulo como
elemento primario para medir el tiempo.
En realidad el uso de un elemento regulado por el péndulo vino a mediados del siglo XVII
mucho después de estarse usando primero una corona no balanceada y después
reemplazada por una rueda balanceada , como medio para medir el tiempo y al cual se le
denominó reloj.
DESARROLLO DEL RELOJ5
El reloj como mecanismo para medir el tiempo tuvo un periodo relativamente lento de
evolución.
En 1270 se manifestaba primero en iglesias y más tarde en edificios públicos al comienzo
del siglo XIV.
El siguiente desarrollo consistió en el empleo en modelos planetarios complicados,
operados por un sistema de reloj que tuvo su aparición en el siglo XIV, siendo refinados
durante los dos siglos siguientes. El ejemplo más antiguo conocido es el gran reloj
planetario construido por el Astrónomo y Matemático ingles Abbot Richard Wallingford,
para el Monasterio Benedictino de San Albán al comienzo del siglo XIV. Este fue seguido
por una producción independiente entre 1348 y 1364 por el Profesor de Astronomía,
Medicina, Astrología, Filosofía y Física de la Universidad de Padua, Giovanni De Dondi.
La tradición de estos modelos planetarios continuó hasta el siglo XVI con ejemplos aun
más sofisticados. Juanelo Turriano, mecánico al servicio del Emperador Carlos V,
desarrolló un gran modelo astronómico, donde gasto 20 años en su diseño y tres años y
medio en su construcción. No pudo terminarlo antes de la muerte del Emperador en 1558 y
fue modificado por Turriano posteriormente de acuerdo con la reforma del calendario.
La preocupación científica durante el siglo XVII en las áreas de Astronomía, Navegación y
Mecánica y la necesidad de demostraciones científicas, hicieron que se pensara en el reloj y
su adaptación real para propósitos científicos, particularmente en Astronomía. Fue en este
siglo donde apareció el péndulo, siendo sus principios estudiados por Galileo Galilei, quien
visualizó su potencial aplicación al reloj y su empleo en la navegación para determinar la
5 Silvio A. Bedini. “The mechanical clock and the scientific revolution”. Swissair Gazette., 1/1984.
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longitud en el mar. Los grandes viajes hechos por España y Portugal durante el siglo XVI,
después del descubrimiento de América por Colón, determinaron la gran necesidad de
hallar la longitud en el mar. En 1530 Gemma Frisius, propuso que esto era posible
utilizando alguna forma de medir el tiempo, efectuándose numerosos intentos para su logro.
En 1598, el Rey de España ofreció un premio de 1.000 coronas por la solución práctica del
problema, siendo adicionada otra oferta hecha por el Estado General de Holanda por 10.000
florines. Estos premios no fueron ganados y no precisamente porque no se hubiese hecho
un gran esfuerzo para conseguir la solución.
En 1612 Galileo comenzó sus primeros estudios serios sobre la solución del problema. En
1636 propuso que la longitud podría determinarse, graficando los satélites de Júpiter,
descubiertos por él, durante sus observaciones astronómicas. Sin embargo se requería un
telescopio muy exacto a bordo, lo que dificultaba el objetivo, además del empleo de un
reloj de tan aprobada exactitud imposible de construir para la época. En 1641 Galileo
traspasó a su hijo Vincenzio Galilei, el concepto del reloj regulado por un péndulo.
Vincenzio trató de realizarlo pero no pudo completarlo antes de su muerte, en 1649. El
proyecto fue realizado finalmente por el mecánico Johann Phillip Trefler al Príncipe
Leopoldo De Medici, algunos años mas tarde. Si Galileo hubiese terminado su proyecto,
indiscutiblemente su reloj regulado por un péndulo hubiese sido superior al patentado por
Christian Huggens en 1657. Sin embargo, Galileo logró el desarrollo de la rueda volante
para relojes, que solo vino a ser superado en exactitud a mediados del siglo XVIII.
Los experimentos con diferentes métodos para determinar la longitud en el mar continuaron
a través del siglo XVII, Huggens desarrolló un reloj marino, que utilizó el resorte
balanceado inventado por él, pero no tuvo uso práctico. Los hermanos Campani de Roma,
propusieron varias soluciones al Rey Luís XIV y Archiduque Ferdinando De Medici, pero
ninguno de ellos tampoco tuvo uso práctico. Los premios ofrecidos por España y Holanda,
fueron reemplazados al comienzo del siglo XVIII (1704), por el ofrecido por el Parlamento
Inglés (20.000 Libras esterlinas). Aunque se hicieron grandes esfuerzos, solo en 1764 se
logró con el invento del cronometro por John Harrison, quien gasto la mayor parte de su
vida para conseguirlo.
El siguiente desarrollo importante, fue el de lograr un reloj de pulsera, para lo cual se hizo
necesario realizar un gran trabajo en muchos campos hasta llegar al perfeccionamiento del
mecanismo minutero. Fue necesario encontrar el material que ofreciera la suficiente
fortaleza en dimensiones muy pequeñas. El péndulo eléctrico fue introducido en el siglo
XIX y el primer reloj eléctrico de pulsera fue hecho en Suiza en 1952. El circuito eléctrico
consistía en un micro-contacto, una batería y una bobina.
La necesidad de medir el tiempo cada vez más exactamente, llevó al desarrollo del reloj
electrónico controlado por un oscilador de cristal de cuarzo hecho en 1928 y tenía el
tamaño de una maleta. En 1934 la técnica electrónica desarrollada fue capaz de registrar la
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desviación anual de la velocidad de rotación de la tierra con la ayuda del reloj de cristal de
cuarzo. Esta desviación no fue conocida por los astrónomos sino hasta 1951. El primer reloj
de pulsera de cristal de cuarzo fue desarrollado entre 1967-1970. Este reloj aparte del cristal
de cuarzo, pila y circuito electrónico, tenía las mismas partes que el reloj mecánico. Su
principio se basa en el efecto piezo-eléctrico del cuarzo cuando se aplica un voltaje alterno,
el cual produce oscilaciones a altas frecuencias, siendo reducidas a un impulso por segundo
para controlar un motor de paso. De esta forma se consigue exactitudes mayores que con
los relojes mecánicos. Hoy en día se han mejorados en forma increíble este tipo de relojes
de cuarzo, habiéndose introducido innovaciones en la presentación del tiempo en forma
numérica con el despliegue de cristal liquido (LCD) y en el uso de pilas, incluyendo
recargables con energía solar o lumínica. Los últimos avances de la ciencia llevaron al
desarrollo del reloj atómico, como el empleado para la definición del segundo, empleando
el átomo de Cesio 133, que introduce un error de un segundo en 30.000 años, y el más
reciente desarrollado en Estados Unidos en 1999, con un error de un segundo en 20
millones de años.
Figura No. 2. Reloj solar hecho en St. Rémy de Provence6.
6 Página web: Enciclopedia virtual Wilkipedia.
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Desde el desarrollo de los primeros relojes empleando diferentes medios físicos como el
Sol, agua, arena, pasando por medios mecánicos utilizados en torres, iglesias y por
monarcas y reyes por sus costos, hasta los hechos hoy en día y al alcance de cualquier
persona, el reloj ha conservado su símbolo majestuoso de poderío, donde el mundo,
incluyendo al hombre, gira alrededor de él, como magnetizado por el pequeño tic-tac que
inexorablemente va marcando el tiempo, indicándonos no solo cuanto tiempo el universo
ha existido, sino cuanto tiempo de vida nos queda por vivir.
EL CALENDARIO7
La voz calendario⁸ procede de calendas y según Pérez Millán “es la combinación de
elementos cronológicos y consiguiente distribución del tiempo, usada en cada país para
regular la actividad humana, señalando los días y épocas laborales y las festividades
religiosas y civiles”. Históricamente el desarrollo del calendario tuvo su dependencia de las
observaciones astronómicas. El día es medido de la rotación de la tierra sobre su eje, la
semana se aproxima al cambio de fase de la luna, el mes es medido de la revolución de la
luna alrededor de la Tierra y el año de la revolución de la Tierra alrededor del Sol.
Nuestros antepasados, particularmente los babilonios, basaron su calendario en el ciclo de
la luna y la medida lunar de los años ha sido preservada en el calendario moderno por los
judíos, chinos y musulmanes. En contraste, los egipcios basaron su calendario en el Sol,
siendo figura prominente en su religión. La civilización egipcia dependía del crecimiento
estacional del Nilo, el que fue asociado en forma muy cercana al ciclo solar. En la
antigüedad algunas civilizaciones determinaban el año solar observando una estrella
brillante después de que se hacía invisible por la proximidad del Sol.
A menudo Sirius fue utilizada con este propósito. Promediado estas observaciones se
encontró que el año solar daba cerca de 365 días. Los sumerios fueron los primeros en
dividir el año en 12 unidades, fueron ellos también los primeros en dividir el día, y lo
hicieron siguiendo el mismo patrón de divisiones. Así como su año constaba de 12 meses y
cada uno de ellos de 30 días, sus días consistían en doce "danna” de 30 "ges" cada uno, sin
embargo fueron los egipcios los que introdujeron el día de 24 horas.
En la Roma antigua, los meses se basaron en el ciclo lunar. Los Pontífices observaban la
aparición de la luna creciente después de la luna nueva, para poder declarar el comienzo de
un nuevo mes. Este primer día era llamado “Kalendae”, que significa llamamiento. Nuestra
palabra calendario se deriva de este término.
Desafortunadamente para nuestra medida de tiempo, el ciclo lunar no corresponde a un
número exacto de días, ni la Tierra efectúa una órbita completa alrededor del sol, en un
7 Fabienne Xavier Sturm. “Le cadran d’une montre image de’une heure visage de’un temps”. Swissair
Gazette., 1/1984.
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número exacto de días. El ciclo lunar es de 29.53059 días, la órbita terrestre alrededor del
Sol toma 365.242196… días. De esta manera 12 meses son demasiados cortos para un año
y trece demasiado largo. Nuestra semana de siete días (basados en la religión), aunque muy
cercanos a la fase lunar, tampoco es un factor de periodo lunar, mes o año.
Cuando los romanos adoptaron el año solar Egipcio en la época de Julio Cesar, su propio
calendario lunar-solar tenía demasiado error. Introducido a Roma por un Astrónomo
Sosígenes de Alejandría, el calendario Egipcio fue ordenado para su uso oficial Romano
por Julio Cesar en el año 45 A.C. y fue llamado calendario Juliano y se basaba en el año
solar de 365.25 días. El año fue dividido en meses, de los cuales once contenían 30 o 31
días y el doceavo solo 28 días. El primer mes era marzo y el último febrero. Julio recibió su
nombre después de Julio Cesar y Agosto después de Augusto Cesar. Ambos meses
recibieron 31 días en honor de los dos Cesares. El séptimo mes fue llamado septiembre, el
octavo octubre, el noveno noviembre y el décimo diciembre, derivados del latín septem,
octo, novel y decem, que significan siete, ocho, nueve y diez respectivamente.
El calendario Juliano, perdía aproximadamente un cuarto de día por año. Esta pérdida era
corregida agregando un día extra al doceavo mes (febrero), cada cuatro años, llamada año
bisiesto. Sin embargo este calendario gradualmente iba moviéndose con respecto a la
posición estacionaria del Sol con relación a las estrellas. El año Juliano esta desfasado once
minutos cuatro segundos más del tiempo aparente tomado por el Sol en aparecer en la
misma posición después de la órbita de la tierra alrededor de él. En el año 1500 D.C., el
error era aproximadamente de once días. Las festividades religiosas cristianas basadas en la
semana santa, asumían fijo el Equinoccio de Vernal, el 21 de marzo y en consecuencia iban
quedando desfasados con el paso de los años con la realidad. Por consiguiente, el Papa
Gregorio XIII dio instrucciones para corregir la situación anterior, al Padre Jesuita Alemán
Cristopher Schlussel, cuyo nombre latín era Clavius. (Clavius está inmortalizado por el
nombre de un gran cráter lunar cerca al polo sur de la luna). Clavius utilizó un esquema
ideado por el Astrónomo Napolitano Aloysius Lilius, en el cual los siglos no tendrían años
bisiestos a menos que fuesen divisibles por 400. Para corregir el calendario, el Papa
Gregorio ordenó que el día 15 de octubre de 1582, fuese el 4 de octubre. A pesar de las
grandes protestas de la gente por haberles robado 11 días de su vida, la corrección se
efectuó y el nuevo calendario fue llamada Gregoriano. El nuevo calendario Gregoriano
también movió el comienzo del año de marzo 25 a enero 1⁰, así que realmente se perdieron
aparentemente más de 3 meses de vida.
El calendario Gregoriano, fue adoptado por casi todos los países Romanos Católicos y por
Dinamarca y Holanda en 1582. Pero fue solo después de dos siglos que finalmente fue
aceptado en forma general. Durante ese tiempo se podía salir de Inglaterra en febrero 1679
y hallarse en febrero de 1680 en algunos países europeos y Escocia. Los días del mes
también eran diferentes entre Inglaterra y algunas partes de Europa.
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Finalmente otros países comenzaron a aceptar el nuevo calendario. Los protestantes en
Alemania y Suiza lo adoptaron en 1700 omitiendo 11 días antes entre septiembre 2 y 14.
Prusia lo adopto en 1778. Otros países lo siguieron como Irlanda en 1782 y Rusia en 1902.
Después de la revolución francesa, un nuevo calendario fue adoptado por Francia, el primer
día del año comenzó en septiembre 22 de 1792. Este calendario fue utilizado hasta
diciembre 31 de 1805, cuando Francia aceptó nuevamente el calendario Gregoriano.
Existen otros calendarios en uso, particularmente siguiendo los eventos religiosos. El
calendario judío usa el siclo lunar y solar. Los meses son meses lunares, pero son alrededor
de 11 días menos del año solar. Un treceavo mes periódicamente debe ser intercalado para
mantener algún sincronismo con el ciclo solar. El calendario Musulmán ignora el ciclo
solar completamente y sigue únicamente el siclo lunar, alternan meses de 30 y 29 días. Los
años comienzan en diferentes estaciones sobre un ciclo de 32.5 años. Antes de la Segunda
Guerra Mundial, se trató de introducir un calendario de negocios de 13 meses, en el cual
todos los meses tendrían cuatro semanas. Este calendario de negocios permitía un mejor
significado financiero, pero no recibió mayor aceptación.
En la siguiente tabla como referencia8 se enuncian los principales acontecimientos
relacionados con el desarrollo de medios y/o sistemas para medir el tiempo, desde la
antigüedad hasta nuestros días.
FECHA ACONTECIMIENTO
1300 a. de C. Descripción del primer reloj solar en Abydos.
1200 a. de C. Descripción de un ortostilo (Proto reloj solar) en China hecho por el
Astrónomo Tscheu-Kang.
520 a. de C. Anaximenes de Mileto es el primero en analizar el cómputo geométrico de
la proyección de la sombra.
293 a. de C. Primer reloj de sol de la civilización romana instalado en Roma en el
templo de Júpiter por Lucio Papiro Cursor.
270 a. de C. Se construye un reloj de agua por Cesibio.
50 a. de C. Se construye la famosa torre ortogonal de los vientos en Atenas por
Andronicus de Kyrrhos. Cada cara contenía un reloj solar orientado a cada
una de las direcciones de los vientos.
46 a. de C. Se crea el calendario solar con años bisiestos por Julio Cesar y Sosígenes
8 Enciclopedia virtual Wilkipedia.
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en el imperio Romano.
1000 Los vikingos utilizan un sistema basado en el ángulo de la luz solar para
calcular la latitud. Igualmente comienzan los diseños de grandes relojes en
torres e iglesias en Europa.
1295 Raimundo Lullus construye un reloj mecánico conocido como Horologium
Noctis.
1330 El ingeniero Richard Wallingford empieza la construcción de un reloj
planetario y lo termina 30 años después.
1335 Construcción del primer reloj mecánico conocido en Milán.
1400 El Astrónomo Jhon Slape diseñó un reloj de sol portátil universal llamado
Navicela Italiana o Navicula de Venteéis.
Construcción del primer reloj mecánico con campana en la iglesia de Santa
María en Sevilla España.
1502 Johan Stabius construye el primer reloj solar estilo axial y lo ubica en la
Iglesia de San Lorenz en Numberg Alemania.
1582 Introducción del Calendario Gregoriano por el Papa Gregorio XIII
1656 Christian Huygens construye el primer reloj de péndulo.
1737 John Harrison construye el primer cronometro náutico para precisar la
longitud en el mar.
1884 Adopción del meridiano de Greenwich como referencia horaria mundial en
honor de Nevil Maskelyne.
1928 Construcción del primer reloj de cuarzo por Joseph Horton y Warren
Morrison.
1949 Construcción del primer reloj atómico basado en la vibración molecular de
la mecánica quántica.
2008 Lanzamiento del primer reloj atómico al espacio.
Tabla No. 1. Desarrollo de medios y/o sistemas para medir el tiempo
El lector, después de haber leído esta breve reseña histórica del tiempo y de cómo el
hombre lo ha visualizado y medido, entenderá que para nosotros el tiempo es relativo a las
posiciones espaciales de nuestro sistema solar, sin embargo, existirán otros sistemas de
16
referencia relativos, donde es posible que el tiempo no transcurra con la misma rapidez que
en nuestro sistema solar, es decir un siglo nuestro podría significar un día en otro sistema
espacial o viceversa.
Como bien lo supo describir Einstein9 en su teoría “El Significado de la Relatividad” todo
es relativo y el espacio y el tiempo se encuentran íntimamente ligados entre sí y su tiempo
relativo con respecto a otro observador, depende de la velocidad relativa entre ellos. En
singularidades como los agujeros negros y la ergoesfera los físicos teóricos proponen, que
en sus inmediaciones el tiempo transcurre más lentamente e inclusive se podría viajar al
pasado al alcanzarse velocidades superiores a la de la luz.
En conclusión, el tiempo es tan intangible que no puede ser tocado, sin embargo está
presente, dejando una huella imborrable de su presencia en nuestras vidas, y como dice
algunos proverbios en latín10
: “Collige, virgo, rosas dum flos novas et nova pubes et
menor esto aevumsic properare tuum” y que significa: “Coge, niña, las rosas mientras
exista la flor fresca y la nueva juventud y recuerda que así corre tu tiempo”, o mejor
aun “Neque dimisi tempus” es decir “Y no deje pasar la ocasión”, y uno de los más
representativos de acuerdo al estado de ánimo: “lentiores tristibus, laetissimis
velocissimae discurrunt” y que significa “Para quien está triste, las horas pasan
bastante lentas, veloces para quien está feliz”.
9 Albert Einstein. “El significado de la Relatividad”. Espasa Calpe S.A., 1980. 10 Página web: El tiempo y la humanidad – La medida del tiempo.
17
CAPITULO SEGUNDO
LOS AGUJEROS NEGROS
QUÉ ES UN AGUJERO NEGRO?
Se denomina un agujero negro, ciertas singularidades detectadas en el Universo, en el
siglo pasado (a partir de los años 60), donde la fuerza de gravedad es tan grande que no
permite que la luz (fotón portador de la luz) escape, y para un observador externo a esta
singularidad aparecerá prácticamente indetectable y solo por su enorme influencia
gravitacional se puede conocer su existencia.
Matemáticamente se puede hacer una demostración de esta posibilidad y los primeros
matemático en sugerir y demostrarlo teóricamente fueron John Michell (1783) y el francés
Pierre Simón de Laplace11
, (1796), Matemático, astrónomo y físico francés cuya obra es
reconocida en la actualidad por la importancia de sus aportaciones a la Ciencia en campos
tan diversos como: Astronomía, Análisis Matemático, Algebra, Teoría de Probabilidades,
Electromagnetismo, Termoquímica, Estudio del movimiento, Teoría de los gases,
Capilaridad, ... dio origen también al avance del cálculo y al control automático, con lo que
hoy se conoce como la Transformada de Laplace y se define cómo a una función de
variable real f(t), definida en todo el campo de los números reales, le hace corresponder una
nueva función L(f), llamada transformada de Laplace, esta se define por la expresión:
La función L(f) depende del número complejo z = x+iy.
Decía Laplace en su Exposition du Systeme du Monde, mediante una demostración por
cierto bastante ingeniosa, teniendo en cuenta los conocimientos científicos y matemáticos
del momento, que “la fuerza de atracción de un cuerpo muy pesado, puede ser tan grande
que la luz no puede fluir fuera de él”. Logró mediante su teorema deducir también
constantes como la de la velocidad de la luz c y la constante universal de gravitación G.
Albert Einstein en 1915, con su Teoría de la Relatividad General y la primera solución del
campo gravitacional hecha por Schwarzchild12
en 1916, volvieron a traer interés por la
demostraciones hecha por John Michell y Laplace para estudiar el comportamiento de la
luz en lugares cercanos a masas de grandes densidades.
11 ANDOYER H., “L' oeuvre scientifique de Laplace”. París, 1922. 12 K. Schwarzschild, "Uber das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie",
Sitzungsberichte der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Klasse fur Mathematik, Physik, und
Technik (1916) pp 189
18
En 1939, J. R. Oppenheimer13
demostró que bajo grandes presiones es posible la formación
de estrellas de neutrones, es decir, estrellas de densidades millones de veces mayor que la
del agua, (la mecánica quántica ha demostrado que los núcleos atómicos tienen densidades
10 veces mayor que la del agua, de tal forma que teóricamente una estrella compuesta
únicamente por neutrones podría tener esa densidad.
A partir de la década del 60 del siglo pasado, comenzaron a descubrirse extraños cuerpos
celestes, que venían a corroborar apreciaciones teóricas anteriores. Uno de éstos cuerpos
fueron los que hoy se conocen como estrellas pulsares. Esto fue posible debido al avance en
la radioastronomía y fue así como en 1967 Anthony Hewish14
al hacer observaciones
radioastronómicas logró detectar impulsos regulares de radio de 1 1/3 de segundos. Esta
radiación se le atribuyó a una estrella pulsante o pulsar. A partir de allí, se han hecho otras
observaciones de estrellas pulsares como la detectada en la constelación del Cangrejo con
pulsaciones de 1/30 de segundo de duración.
Existen varias teorías sobre la formación de las pulsares; una de ellas es la contracción de
su núcleo, donde los electrones se mezclan con el núcleo de sus átomos, formando
neutrones, dando así origen a una estrella de neutrones. Si tenemos en cuenta que el 99.9%
de la masa del átomo esta en el núcleo, la densidad de una pulsar será mayor que la del sol
(se ha calculado unas 10 veces mayor que la del sol), y si la masa de esta estrella es unas
dos veces mayor que la del sol, tendría la suficiente fuerza de gravedad para impedir el
escape de la luz, dando origen a un agujero negro.
CALCULOS MATEMATICOS PARA QUE SE FORME UN AGUJERO NEGRO15
La energía E de un cuerpo que trate de escapar de la atracción de otro está dada por:
E= Ec – Ep (1)
Dónde Ec es la energía cinética del cuerpo que trata de escapar y está dada por:
2
2mvEc , siendo (2)
m = masa del cuerpo que trata de escapar
v = velocidad de escape
Y Ep es la energía potencial y está dada por:
13 J. R. Oppenheimer (1904-1967) Científico americano, conocido como “El padre de la bomba atómica”, por
haber sido el director del proyecto Manhattan, que desarrolló la primera bomba atómica. 14 Antony Hewish (1924) Radio astrónomo británico ganó el premio Nobel en 1974 junto con su compañero
Martin Ryle por sus trabajos en descubrir las estrellas pulsares. 15 JOSÉ Fernando Issaza. “Colapso gravitacional”. Biblioteca Banco Popular – Textos Universitários. 1983.
19
R
GMmEp , siendo (3)
1110*67.6 G Nm 2 /Kg 2 = constante universal de gravitación
M = masa del cuerpo que atrae al que trata de escapar y que tiene masa m
R = distancia desde el centro del cuerpo que atrae, al centro del cuerpo que trata de escapar
Si la energía E, es cero (es decir, por ejemplo un fotón con velocidad V = c), siendo:
c = 3*10 8 m/s = v velocidad de la luz (m = metros, s = segundos)
Para que no pueda escapar el fotón, la Ec = Ep al ser E = 0, y la ecuación (1) quedaría al
reemplazar las ecuaciones (2) y (3) en (1):
R
GMc
2
2
(La masa m se elimina en ambos lados de la ecuación), y (4)
2
2
c
GMR (Despejando R) (5)
El valor de R sería el valor del radio que teóricamente el cuerpo celeste debería de tener,
para no permitir el escape de energía y en este caso de la luz.
El valor de la masa M y la densidad d están relacionadas por:
dRM 3
3
4 (6)
Reemplazando la ecuación (6) en la ecuación (5), nos quedaría:
Gd
cR
8
3 2
(7)
Por ejemplo, en el caso del Sol, Laplace asumió:
d = 4.000 Kg/m3(Kg = Kilogramos, m= metros)
Hoy en día se estima que la densidad del Sol es:
d = 1.450 Kg/m3
Y encontró que para que el Sol no dejara escapar energía, debería ser su radio 250 veces
mayor. El radio estimado del Sol es:
20
R = 6.95*10 8 m
Aplicando la ecuación (7) nos da:
000.4*10*67.6*8
)10*3(*311
28
R = 2.01*10 m11
Y la relación R/ (radio estimado del Sol es:
28810*95.6
10*01.28
11
Y para el caso real con:
d = 1.450 Kg/m 3
Esta relación seria 1.67 veces mayor, es decir 481.6 realmente (288*1.67=481.6).
Laplace concluyó su tesis con esta frase:
“…..Por consiguiente los cuerpos más grandes en el universo pueden permanecer invisibles
a nosotros”. Aunque en realidad no son los más grandes, pero si los más densos.
Esta demostración permaneció durante todo el siglo XIX y parte del XX en el ostracismo,
teniendo en cuenta que para ser realidad, por un lado los cuerpos deberían ser
inmensamente grandes con densidades similares a la del Sol o pequeños pero con una
concentración de masa millones de veces superior a la del Sol, teniendo en cuenta la
ecuación (6):
481.63=111.7*10
6
Hoy en día, esto ha dejado de ser una utopía, ya que como se expresó anteriormente, las
estrellas pulsares podrían tener una densidad 10n
(n = 15) mayor que la del Sol y por lo
tanto, teóricamente su gravedad sería lo suficientemente fuerte como para no permitir el
escape de la luz de su superficie.
Una aproximación diferente para conocer la relación M/R de la ecuación (5) se puede
obtener dando:
mKgG
c
R
M/10*73.6
2
262
(8)
Pudiéndose determinar la siguiente tabla:
21
MASA RADIO
Sol (2*10 30 Kg)
25 Soles (gigante azul)
10 7 Soles (núcleo Galaxia)
10 11 Soles (Galaxia)
3 Km
75 Km
3*10 7 Km
3*10 11 Km
Tabla No. 2. Masas y radios de cuerpos celestes para convertirse en agujeros negros.
Lo cual indica que si el Sol fuese comprimido hasta ser una esfera de 3 Km de radio, se
convertiría en un agujero negro.
HORIZONTE DE SUCESOS DE UN AGUJERO NEGRO
Se define como una superficie esférica alrededor del agujero negro en la cual el tiempo se
detiene.
Según Einstein en su Teoría de la Relatividad16
:
R
VXtt
41' Siendo: (9)
t’ = Tiempo transcurrido a una distancia R del centro de gravedad de un astro
t = Tiempo supuesto en la lejanía del astro (lejos de su campo gravitatorio)
2
8
c
GX
(10)
Densidad del astro
V = Volumen del astro
R = Distancia del centro del astro al punto del espacio que se analiza
La masa M de un astro está dada por:
VM (11)
Reemplazando las ecuaciones (10) y (11) en (9) tenemos:
16 EINSTEIN Albert. “The principle of relativity”. Dover Publications N.Y. 1952.
22
Rc
GMtt
2
' 21 (12)
pero Ve 2 = R
GM2, siendo Ve la velocidad de escape a la distancia R del astro
luego la ecuación (12) quedaría:
2
2' 1
c
Vett (13)
Cuando se llegue a una distancia tal que la velocidad de escape clásica sea igual a la
velocidad de la luz, el tiempo se detendrá (t’=0), para el objeto situado en ese lugar R, o sea
para:
R=2GM/c2 (14)
Que es el llamado radio de Schwarzschild, en honor del astrónomo alemán que primero lo
derivo a partir de la teoría de la relatividad de Einstein.
La siguiente tabla muestra el radio de Schwarzschild para algunos cuerpos celestes17
.
CUERPO MASA
CUERPO
CELESTE
(MASAS
SOLARES)
RADIO
(Km)
VELOCIDAD
ESCAPE
(Km/Seg)
RADIO DE
SCHWARZSCHILD
Tierra 0.00000304 6.357 11.3 9.0 mm
Sol 1.0 696.000 617 2.95 Km
Enana Blanca 0.8 10.000 5.000 2.4 Km
Estrella
neutrones
2 8 250.000 5.9 Km
Núcleo de
Galaxia
50.000.000 ¿….? ¿…? 147.500.000 Km
17 HAWKING S.W. and ELLIS G.F.R. “The large scale structure of Space-Time”. Cambridge University
Press. 1973, ISBN 0-521-09906-4.
23
Tabla No.3 Radio de Schwarzschild para algunos cuerpos celestes.
La superficie esférica alrededor del agujero negro con radio R, en la cual el tiempo se
detiene se llama horizonte de sucesos del agujero negro.
Si se atraviesa este horizonte, el tiempo volvería a existir pero con un componente
imaginario (el cálculo del tiempo transcurrido en el interior del horizonte de sucesos
llevaría a una raíz cuadrada de un número negativo), lo cual hace pensar que el tiempo que
transcurre en el interior de un agujero negro seria en una dimensión diferente (una quinta
dimensión).
Se calcula que para dicho radio la curvatura del espacio sería tal que la luz quedaría
atrapada en el agujero. De esta forma al acercarse al horizonte de sucesos las tres
coordenadas espaciales normales X, Y y Z, se curvarían de tal forma que cualquier
movimiento en el interior del agujero se produciría en dirección hacia el centro de éste, es
decir el espacio solo tendría una dirección, de tal forma que lo que traspase el horizonte de
sucesos no podrá salir jamás.
EL MODELO DE KERR
El físico neozelandés Roy Kerr18
al trabajar en es el espacio-tiempo donde se verifican las
ecuaciones de campo de Einstein en el vacío, usando las coordenadas de Boyer-Lindquist
encontró lo que se conoce como el modelo de Kerr y viene dado por las ecuaciones:
(15)
Dónde:
, (16)
, (17)
M es la masa del objeto masivo rotatorio, a es parámetro que describe la rapidez relativa de
la rotación, que está relacionado al momento angular J por la relación:
a = J/M (18)
c es la velocidad de la luz, y G la constante de gravitación universal.
18 Roy Patrick Kerr (nació el 16 de mayo de 1934) Es conocido por descubrir lo que se conoce por el Vacío
de Kerr y por encontrar la solución exacta de las ecuaciones de campo de Einstein en la Teoría General de la
Relatividad.
24
La Ergoesfera
La ergoesfera es la región exterior y cercana al horizonte de eventos de un agujero negro en
rotación. En esta región el campo de gravedad del agujero negro rota junto con él
arrastrando al espacio-tiempo. Se trata de un fenómeno teorizado por Kerr y proviene
directamente de las teorías de la relatividad general de Einstein. La zona que delimita la
frontera de la ergoesfera se llama límite estático. La ergoesfera delimita una zona en la que
los observadores no pueden permanecer estáticos: sus sistemas de referencia son
irremisiblemente arrastrados por la rotación del espacio-tiempo. Sin embargo, esta zona es
intermedia entre el exterior y el horizonte de sucesos (figura No. 3), por lo que los
observadores pueden permanecer o salir de esta zona, sin caer necesariamente hacia la
singularidad. Su frontera viene dada por:
(19)
Dónde rs es el perímetro de la ergoesfera, y M, a y c son los mismos de la Ec 14
Figura No. 3. La Ergoesfera
El reposo no existe dentro de la ergoesfera. Los cuerpos dentro de ella están en continuo
movimiento, pues el propio espacio gira en torno a la singularidad por lo que la materia que
se encuentre en esa región rotará junto a ella. Este hecho según la teoría de la relatividad
conlleva al siguiente análisis: la observación de un cuerpo que viajara suficientemente
rápido dentro de la ergoesfera podría dar una velocidad relativa con respecto al exterior
superior incluso a la velocidad de la luz c, es decir el objeto simplemente desaparecería de
la vista de quien se encuentre afuera. Llegaría a su destino antes de que hubiese partido, lo
25
que en términos físicos significa que habría viajado al pasado. Por esa sorprendente idea las
ergoesferas son concebidas por los físicos teóricos, como verdaderas máquinas naturales
del tiempo. Máquinas donde, en cualquier caso, no pueden viajar más atrás del momento en
que se formó el agujero negro.
CREACION DE UNA ESTRELLA DE NEUTRONES
Existen dos fuerzas que mantienen en equilibrio un cuerpo:
Gravitacional que tiende a comprimirlo.
Energía Interna que impide su colapso bajo su propio peso.
Cuando su masa no es demasiado grande, la reacción a la compresión evita su colapso. De
otra manera es necesaria la energía termonuclear del interior del cuerpo para contrarrestar
su fuerza gravitacional. Es decir mientras exista combustible para esta energía
termonuclear se evita su colapso.
En una estrella joven, la fuente de energía para evitar el colapso, es la fusión de los átomos
de hidrogeno en átomos de helio. Debido a que el átomo de helio es de menor masa que la
de los átomos de hidrogeno que lo forman durante la fusión, la diferencia de masa es
convertida en energía E = mc2
(siendo m =masa y c = velocidad de la luz). Esta energía
desde el interior hacia el exterior, evita el colapso gravitacional, pero al pasar el tiempo
(millones de años), los átomos de hidrogeno van acabándose y el núcleo empieza a ser
comprimido y su temperatura a aumentar, pero ahora en su núcleo, solo hay átomos de
helio que se fusionan ante las altas temperaturas y presión, formándose átomos de oxigeno
y carbono y aun otros de peso atómico mayor. Mientras tanto en la corteza del núcleo, los
átomos de hidrogeno continúan fusionándose, formando helio. Si la masa de la estrella no
es demasiado grande, se formaría una supernova o gigante roja, desapareciendo como polvo
cósmico o estelar, al aumentar violentamente su volumen. Si por el contrario, la masa de la
estrella es lo suficientemente grande, como para continuar el proceso de compresión y
aumento de temperatura, los átomos de oxigeno y carbono se fusionarían, para producir
otros elementos como hierro y uranio. Si la energía termonuclear se agota, la fuerza de
gravedad comprimiría el núcleo de la estrella, hasta tal punto, que los electrones
reaccionarían con los protones del núcleo de los átomos, al vencer la repulsión entre las
capas electrónicas de los átomos sobrepasando el límite de Chandrasekhar19
, quien
descubrió que si la masa de una estrella enana blanca es superior a 1.44 masas solares, la
estrella colapsa originándose una estrella de neutrones. Con el tiempo, todo el núcleo
quedaría constituido por neutrones. De acuerdo con cálculos científicos, si su masa es de
dos a tres veces mayor que la del Sol, se crearía un agujero negro, confirmándose así, lo
19 El valor del límite de Chandrasekhar es proporcional al cuadrado de la fracción de masa de los electrones.
Su valor fue calculado por el astrofísico hindú Subrahmanyan Chandrasekhar.
26
encontrado teóricamente por Laplace hace más de 200 años. La Figura No. 4, muestra una
secuencia del nacimiento de un agujero negro.
.
Figura No. 4 Secuencia posible del nacimiento de un agujero negro.
La secuencia anterior sobre el posible origen de un agujero negro fue planteado por el
astrofísico Stephen Hawking en su libro en 1988 titulado en español “historia del tiempo:
del Big Bang a los agujeros negros”.
DETECCION DE UN AGUJERO NEGRO
Ahora nos preguntamos: si la energía no puede escapar de un agujero negro, ¿Cómo los
científicos han logrado determinar su existencia?
La han determinado de la siguiente manera:
Como las características de masa y movimiento que posee la estrella antes de su colapso se
conservan, no así la emisión de ondas energéticas, midiendo las deformaciones que se
producen de espacio-tiempo al curvarse el espacio euclideo en las cercanías de un agujero
negro, se puede determinar su posición.
Se han encontrado estrellas que aparentemente tienen dos gemelas ubicadas en otro lugar
del espacio pero, menos brillantes.
Esto se ha explicado considerando que existe un agujero negro entre la estrella real y el
punto de observación (la Tierra). La luz de la estrella al pasar cerca del agujero negro es
desviada por su fuerza de gravedad, causando una refracción de luz, como cuando se
atraviesan medios de diferente densidad (ley de Snell) y desde el punto de observación, se
observan dos estrellas gemelas de la estrella real (figura No. 5).
Estrella gigante
(más de 30 veces
tamaño del Sol)
Súper gigante roja Explosión Supernova
Núcleo estrella
de neutrones
Agujero negro
Un millón de años
27
Dependiendo de la localización de la estrella real con respecto al agujero negro y punto de
observación, habrá mayor desviación de los rayos de luz de un lado del agujero negro, que
con respecto al otro, (la desviación por la fuerza de gravedad es mayor para los rayos de luz
que pasen más cerca del agujero negro), lo que causara que las dos estrellas gemelas que se
observen, aparezcan una más brillante que la otra.
Figura No. 5. Estrellas gemelas observadas desde la tierra
Hasta la fecha se han observado varios fenómenos como el descrito anteriormente, en
diferentes lugares del espacio20
, siendo los más importantes los detectados en el núcleo de
la Galaxia M-87, la fuente de rayos X producidas por Gygnus X-1 muestran la posibilidad
de un agujero negro; otro descubierto por el telescopio espacial Hubble en noviembre de
1992, que podría estar en la Galaxia NGC4261, que podría ser unos 10 millones de veces
más grande que el Sol, en el 2008 con los observatorios puesto en órbita (X Chandra y
XXM-Newton de ESA), se detectó una gran explosión de rayos X provenientes de la
Galaxia RXJ1242-1, causado posiblemente por el calentamiento del gas de una estrella a
millones de grados centígrados que se acercó demasiado a un agujero negro antes de ser
devorado por él (figura No. 6) y el más reciente; el descubierto en el centro de nuestra
Galaxia (Vía Láctea)21
.
En total, los científicos han estudiado cinco configuraciones estelares donde la gravedad es
tan grande, que el análisis clásico newtoniano no puede aplicarse correctamente, sino que
es necesario aplicar otras teorías, para poder explicar los efectos detectados en ellas. Estas
son:
20 Página web: Agujero negro - Wikipedia, la enciclopedia libre 21 Periódico El Universal. Edición 16 de octubre de 2005.
Rayos de luz
Mayor deflexión
Menor deflexión
Estrella real
oculta
Estrella gemela opaca (menos luz recibida en la Tierra)
Estrella gemela brillante (más luz recibida en la Tierra)
Tierra
Agujero negro
28
1. Agujeros negros
2. Estrellas de neutrones
3. Estrellas súper masivas
4. Estrellas enanas blancas
5. Aglomeración de estrellas relativistas
Figura No. 6. Visualización artística de una estrella que se acercó demasiado a un agujero
negro súper masivo, siendo devorado por él22
CLASIFICACIÓN TEÓRICA DE LOS AGUJEROS NEGROS
Dependiendo de su origen, los científicos teóricamente los han clasificado en dos grupos de
agujeros negros23
:
1. Según la masa. Pueden existir 3 clases de agujeros negros:
Agujeros negros súper masivos: con masas de varios millones de masas solares.
Se hallarían en el centro de muchas galaxias y explicarían las grandes fuerzas de
gravedad observadas en el corazón de las galaxias donde se presume existen. Una
idea es que los agujeros negros súper masivos se formaron cuando las galaxias
22 Página Web: Ciencia@ NASA 23 Página web: Agujero negro - Wikipedia, la enciclopedia libre
Agujero negro
Estrella
29
aparecieron originalmente. Otra es que un agujero negro de masa estelar pudo
empezar a acumular material y creció hasta volverse súper masivo. Una tercera
posibilidad es que los agujeros negros súper masivos nacen a partir de grupos de
agujeros negros más pequeños que se fusionan. O tal vez es otra cosa
completamente diferente.
Agujeros negros de masa estelar. Se forman cuando una estrella de masa mínima
de 2,5 mayor que la masa del Sol se convierte en supernova e implosiona. Su núcleo
se concentra en un volumen muy pequeño, que cada vez se va reduciendo más por
efecto de la gravedad. Sigue el proceso matemático descrito en la formación de un
agujero negro.
Micro agujeros negros. Son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los
estelares. Éstos pueden llegar a evaporarse fácilmente en un período relativamente
corto mediante emisión de radiación de Hawking si son suficientemente pequeños.
2. Según sus propiedades físicas. Siguiendo las ecuaciones de Einstein, existe un
teorema denominado de no pelo, que afirma que cualquier objeto que sufra un colapso
gravitatorio alcanza un estado estacionario como agujero negro descrito sólo por 3
parámetros: su masa M, su carga Q y su momento angular J. De esta forma tendríamos
4 clases para el estado final de un agujero negro:
El agujero negro más sencillo posible es el agujero negro de Schwarzschild, que
no rota ni tiene carga. El agujero negro de Schwarzschild o agujero negro
estático es aquel que se define por un solo parámetro, la masa M, más
concretamente el agujero negro de Schwarzschild es una región del espacio-tiempo
que queda delimitada por una superficie imaginaria llamada horizonte de sucesos.
Esta frontera describe un espacio del cual ni siquiera la luz puede escapar, de ahí
origina el nombre de agujero negro. Dicho espacio forma una esfera perfecta en
cuyo centro se halla la singularidad; su radio recibe el nombre de radio de
Schwarzschild. La fórmula de dicho radio como se ha dicho depende únicamente
de la masa del agujero. Ver Ec (14).
Si además posee carga eléctrica, se tiene el llamado agujero negro de Reissner-
Nordstrøm. Un agujero negro de Reissner-Nordstrøm es un agujero negro
estático, con simetría esférica y con carga eléctrica, viene definido por dos
parámetros: la masa M y la carga eléctrica Q. Su solución fue obtenida en 1918 por
el matemático Hans Reißner y el físico teórico Gunnar Nordstrøm a las
ecuaciones de campo de relatividad en torno a un objeto masivo eléctricamente
cargado y carente de momento angular J.
Un agujero negro en rotación y sin carga es un agujero negro de Kerr. Se
denominó así por el éxito de Kerr al resolver las ecuaciones de la relatividad en
torno a un objeto masivo en rotación (ver Ecs. 15, 16 17 y 18).
30
Si además posee carga, hablamos del agujero negro de Kerr-Newman. Un
agujero negro de Kerr-Newman o agujero negro en rotación con carga eléctrica es
aquel que se define por tres parámetros: la masa M, el momento angular J y la carga
eléctrica Q. Esta solución fue obtenida en 1960 por los matemáticos Roy Kerr y
Erza Newman a las ecuaciones de campo de la relatividad para objetos masivos
eléctricamente cargados y con conservación de momento angular.
Con la física actual, hoy es imposible describir lo que sucede en el interior de un agujero
negro; los científicos sólo pueden observar sus efectos sobre la materia y la energía en las
zonas externas y cercanas al horizonte de sucesos (Ec 14) y la ergoesfera, (Ec 19).
En las cercanías de un agujero negro se suele formar un disco de acrecimiento el cual es
detectado por telescopios de rayos-X capaces de detectar el brillo del gas súper caliente
cayendo a medida que gira hacia el agujero negro. El disco de acreción lo compone materia
súper caliente con masa, carga eléctrica y momento angular, la que es afectada por la
enorme atracción gravitatoria del mismo, ocasionando que inexorablemente atraviese el
horizonte de sucesos y, por lo tanto, lo incremente. La figura No. 7, muestra una
composición artística de dicho disco de acreción.
Figura No. 7. Visión artística de un agujero negro con disco de acreción
24.
Uno de los efectos más controvertidos que implica la existencia de un agujero negro es su
aparente capacidad para disminuir la entropía del Universo, esto violaría los fundamentos
de la termodinámica, ya que toda materia y energía electromagnética que atraviese dicho
horizonte de sucesos, tienen asociados un nivel de entropía. Stephen Hawking propone en
24 Página web: Agujero negro - Wikipedia, la enciclopedia libre
31
su último libro que la única forma que no disminuya la entropía sería que la información de
todo lo que atraviese el horizonte de sucesos siga existiendo de alguna forma.
Inicialmente Hawking, proponía que en los agujeros negros se violaba el segundo principio
de la termodinámica, dando origen a especulaciones sobre viajes en el espacio-tiempo y
agujeros de gusano que permitirían viajar en dicho espacio-tiempo (figura No. 8). El tema
está siendo revisado y actualmente Hawking se ha retractado de su teoría inicial
admitiendo que la entropía de la materia se conserva en el interior del agujero negro. Según
Hawking, a pesar de la imposibilidad física de escape de un agujero negro, estos pueden
terminar evaporándose por la llamada radiación de Hawking, una fuente de rayos X que
escapa del horizonte de sucesos.
Hawking entrega los elementos matemáticos para comprender que los agujeros negros
tienen una entropía gravitacional intrínseca lo cual implica que la gravedad introduce un
nivel adicional de impredictibilidad por sobre la incertidumbre cuántica. Parece, en función
de la actual capacidad teórica, de observación y experimental, como si la naturaleza
asumiera decisiones al azar o, en su efecto, alejadas de leyes precisas más generales o
conocidas actualmente.
Los fenómenos físicos se explican mediante dos teorías una determinística y otra no
determinística, en cierto modo contrapuestas y basadas en principios incompatibles: la
primera aplica la relatividad general, que explica la naturaleza de lo muy pesado y que
afirma que en todo momento se puede saber con exactitud dónde está un cuerpo y la
segunda aplica la mecánica cuántica, que explica la naturaleza de lo muy pequeño, donde
predomina el caos y la estadística. Ambas teorías están experimentalmente confirmadas
pero, al intentar explicar la naturaleza de un agujero negro, es necesario discernir si se
aplica la relatividad por ser algo tan pesado o la cuántica por ser algo muy pequeño. Está
claro que hasta que no se disponga de una física más avanzada no se conseguirá explicar
realmente la naturaleza de este fenómeno.
Para que los agujeros negros contengan una entropía y que, además, ésta sea finita, se
requiere que emitan radiaciones térmicas, lo que al principio parece increíble. La
explicación es que la radiación emitida escapa del agujero negro, de una región de la que el
observador exterior no conoce más que su masa M, su momento angular J y su carga
eléctrica Q lo cual contiene probablemente todas las combinaciones o configuraciones de
radiaciones de partículas que tengan energía, momento angular y carga eléctrica iguales,
correspondiendo sin embargo a un número reducido de configuraciones. El número mayor
de configuraciones corresponde como mucho a una emisión con un espectro que es casi
térmico.
Físicos como Jacob D. Bekenstein25
han relacionado a los agujeros negros y su entropía con
la teoría de la información.
25 Nació en Mexico en 1947 y reside actualmente en Israel, se ha destacado por sus investigaciones en Teoría
Gravitacional, física de los agujeros negros, dinámica de las galaxias y magnetohidrodinámica relativista.
32
Figura No. 8. Representación de un agujero de gusano
26.
En este capítulo se ha hecho un análisis matemático lo más sencillo posible, al alcance del
lector común y contiene los elementos necesarios para explicar las singularidades
detectadas en el espacio, con el avance de la ciencia y que tuvo su origen en el artículo
enviado en 1783 a la “Royal Society” por el geólogo inglés John Michell y la brillante
demostración hecha por el francés Laplace en 1796 y que tienen ocupados a científicos
desde hace varias décadas.
Análisis matemáticos mucho más profundo, han sido hechos por José Fernando Isaza en su
libro “Colapso gravitacional”, Kaumann en “Black Holes and Warped Space-Time y por
Hawking, S.W. and Ellis G.F.R. “The large scale structure of Space-Time”, que pueden ser
consultados por aquellos inquietos amantes de las matemáticas. Igualmente pueden ser
consultadas las páginas web de la NASA y la enciclopedia libre de Wilkipedia, que me han
permitido elaborar el presente estudio investigativo.
Los científicos hoy en día creen que en las vecindades de un agujero negro, el tiempo
transcurre más lentamente y el espacio adquiere una sola dirección. Matemáticamente es
posible explicar lo anterior. El problema sería su comprobación física, ya que sería un viaje
sin retorno (si la luz no escapa de un agujero negro, ¿Qué o quién podría hacerlo?). Esto ha
dado origen a muchas películas y especulaciones de ciencia ficción, que seguro el lector en
algún momento habrá visto o escuchado de alguien.
26 Página web: Agujero negro - Wikipedia, la enciclopedia libre.
33
CAPITULO TERCERO
EL UNIVERSO Y LA TIERRA
EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN
La teoría que más adeptos tiene y que en cierta forma se ha podido comprobar, como lo
veremos más adelante, es que el Universo en su comienzo se formo de una Gran
Explosión, la cual envió materia en todas las direcciones y a medida que se enfriaba y se
expandía, se formaban las estrellas, galaxias, cúmulos (unión de cientos de galaxias), y
supercúmulos (unión de cientos de cúmulos). Esto pudo comprobarse, con las
observaciones hechas por Edwin Hubble27
quien con sus observaciones astronómicas
hechas en la década de los 20 en el siglo pasado y publicadas en 1929, descubrió que las
galaxias se están alejando unas de otras con velocidades constantes y entre más lejanas
estuvieran, mayor velocidad tenían, llegando a determinar que en un comienzo, toda la
materia debía de existir junta y debido a una Gran Explosión, las galaxias se alejan entre sí.
La figura No. 9, simula la Gran Explosión y la formación del Universo a partir de ella.
Alan Guth, del Instituto Tecnológico de Massachussets con su teoría de la inflación en
197928
, logró crear un modelo matemático, que describía la creación del Universo
prácticamente de la nada. Según él, el Universo se había originado de una bola de fuego, de
energía perfecta, con una temperatura casi infinita. En el especio-tiempo primordial, la
temperatura bajo a menos de 1026
grados K, el punto en el cual se rompería la simetría de
la gran unificación. Pero en lugar de esto, el campo de Higos se estanco y una pequeña
partícula del tamaño de un protón se súper enfrió; dentro de este espacio estaba el
equivalente de 10 kilos de falso vacío¹, (la energía latente de Higos). Esta energía que se
irradiaba hacia afuera con fuerza súper explosiva, empezó a expandirse en forma
exponencial. Cada 1034
segundos, la burbuja alcanzaba un doble tamaño y la energía se
multiplicaba por ocho. En el momento que la burbuja alcanzaba el tamaño de una bola de
tenis, (desde su original, el protón), se rompió la simetría en algún lugar de la burbuja en
inflación, el campo de Higgs se congeló y aparecieron pequeñas bolsas de vacío auténtico.
Los vacíos auténticos se precipitaron hacia fuera a través del universo inflado. Dentro de
ellos y a medida que se rompía la simetría y que el falso vacío se desintegraba dando el
vacío real, la energía de Higos se condensaba en materia y radiación reales. Era la materia
que algún día se convertiría en hidrogeno, helio, estrellas, galaxias, cúmulos, súper cúmulos
y sistema solar, con la raza humana en la tierra.
27 Página web: www.astronomia.com/astronomia/teoria bigbang.htm 28 Guth, Alan, "The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins". 1997. ISBN 0-
201-32840-2 or ISBN 0-224-04448-6
34
La inflación –proclamo Guth- “ofrece quizás la primera explicación científica de la
creación de casi toda la materia y energía del Universo”.
Figura No. 9. La Gran Explosión y formación del Universo
29
Los científicos y físicos teóricos han reconstruido la cronología de los hechos a partir de un
1/100 de segundo después de la Gran Explosión. La materia lanzada en todas las
direcciones por la explosión primordial estaba constituida exclusivamente por partículas
elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo
etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día. Cálculos más recientes indican
que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios de la Gran Explosión y los
elementos más pesados se produjeron después, ya dentro de las estrellas. Un resumen de
las etapas de la evolución del Universo se presenta a continuación:
1. Gran Explosión: Momento 0, densidad infinita, volumen cero. Origen del Universo.
2. 1043
segundos: Fuerzas no diferenciadas, pueden analizarse procesos físicos.
T=1032
o
K.
3. 1034
segundo : Formación de partículas elementales. T=1027
o
K.
4. 1012
segundo : Separación de la fuerza débil del electromagnetismo. T=1015
o
K.
5. 106
segundo : Formación de protones y neutrones. T=1013
o
K.
6. 1 segundo : Aparecen los neutrinos. T=1010
o
K
7. 102 segundos : Aparecen los primeros átomos de Hidrogeno. T=10
9
oK
8. 103 segundos : Aparece el Helio. Conformación del Universo 75% hidrogeno 25%
Helio. T=108
oK
9. 1 año : Temperatura ambiental del Universo, similar al de una estrella.
T=107
o
K
29 HAWKING, Stephen. Historia del Tiempo. Editorial Crítica. 1992.
Tiempo
Gran Explosión
35
10. 5x10 5 años : Origen de la radiación cósmica de fondo. En lo sucesivo la materia
podrá condensarse en galaxias. T=10 5 o K
11. 10 6 años : Gérmenes de galaxias T=10 4 o K
12. 10 8 años : Primeras galaxias T=10 3 o K
13. 10 9 años : Estrellas. El resto se enfría. T=102 o K
14. 10 9 años : Formación de la Vía Láctea
15. 10¹⁰ años : Formación del Sistema solar.
16. 1.2x10¹⁰ años : La tierra se enfría. Formación de la corteza terrestre. Edad de las
rocas más antiguas terrestres.
17. 1.55x10¹⁰ años : Edad estimada del Universo.
EL UNIVERSO SIN LÍMITES
Prácticamente para determinar si el Universo tiene límite, se debe comprobar si es abierto o
cerrado, si el espacio-tiempo que se imagino Einstein es curvado, si existe la suficiente
fuerza de gravedad que vaya contrarrestando gradualmente la fuerza de expansión del
Universo, hasta detenerla y si esta fuerza logra romper el equilibrio para hacerlo contraer
hasta sus orígenes.
Según la ecuación de Friedmann30
(científico ruso), sobre el Universo en expansión, existe
una densidad critica de masa y energía que equivale a un átomo de hidrogeno por metro
cúbico. Si el Universo es más denso dejara de expandirse, si es menos denso, continuará
eternamente en expansión. Esto se ha representado por la letra omega ( , del alfabeto
griego). Si > 1, tendremos un universo finito, si < 1, tendremos un universo infinito
y si = 1, existiría un equilibrio en un tiempo prácticamente infinito. La representación
gráfica de este concepto puede verse en la figura No.10.
Ante la perspectiva de encontrar , los científicos se dieron a la tarea de calcular cuánto
hidrogeno existe por metro cúbico en el Universo, habiéndose encontrado que solo existe
0.1 átomo por metro cúbico, es decir el 10% de la masa necesaria, para que el Universo
dejara de expandirse eternamente. Posteriormente, investigaciones sobre el movimiento de
galaxias, con el avance de la ciencia, observando los desplazamientos hacia el rojo (en el
espectro), de las velocidades de ellas, han permitido determinar que hay ciertas
irregularidades que solo pueden ser explicadas con la existencia de grandes cantidades de
materia inerte, fría y obscura alrededor de las galaxias con masas muy superior a ellas y que
podría contener el 90% de la masa faltante, para cerrar el Universo.
30 Friedman, A (1922). "Über die Krümmung des Raumes". doi:10.1007/BF01332580. (Traducción del
alemán al inglés: Friedman, A (1999). "On the Curvature of Space". General Relativity and Gravitation.
doi:10.1007/BF01332580
36
Las últimas investigaciones, han detectado la existencia de corrientes y desplazamientos
hacia determinadas direcciones. Por ejemplo toda la Vía Láctea, es atraída por el cúmulo de
Figura No.10. Representación grafica de la velocidad y distancia entre galaxias
dependiendo del valor de .
37
Virgo y todo el súper cúmulo de Virgo, es atraído en la dirección general Hidra-Centauro a
unos 600 kilómetros por segundo. Según los científicos, esto es posible con la existencia de
grandes masas frías y obscuras, no visibles por otros medios, pero con el efecto de su
inmensa gravedad, hacen posible la atracción de galaxias y cúmulos completos,
haciéndolos desplazar en una determinada dirección.
El Universo para Sandage31
, sin embargo sigue siendo abierto, es decir infinito, no así su
materia, serán sitios vastos e increíbles de tiempo y espacio pero vacíos sin materia-energía
que les diera vida. En este panorama apocalíptico, las estrellas se agotarán y las galaxias
desaparecerán. El Sol se quedara sin hidrogeno en solo 5.000 millones de años, inflándose
y convirtiéndose en una inmensa bola roja que transformara a los planetas más cercanos
(incluyendo la Tierra), en cenizas. Dentro de 100.000 millones de años, la Vía Láctea será
un cementerio lleno de cadáveres estelares, agujeros negros, estrellas de neutrones y enanas
blancas. Dentro de un trillón de años (10 18 ), todo esto se aglomerara dentro de un solo y
enorme agujero negro en el centro de la difunta galaxia. Dentro de 1027
años, todas las
galaxias de un cúmulo, se habrán fundido en un súper agujero negro galáctico. El Universo
estará formado por estos agujeros negros que continuaran alejándose unos de otros a
grandes velocidades por el espacio muerto y frío. Dentro de 10100
años, estos agujeros
negros, con masas equivalentes a miles de millones de soles, se habrán evaporado. No
quedara nada aparte de charcos débiles y diluidos de partículas y radiación separados por
billones de años luz.
VESTIGIOS DE LA GRAN EXPLOSION
En cierta forma la razón por la cual prácticamente se ha podido comprobar la existencia de
la Gran Explosión, ha sido por la posibilidad científica de seguirle el rastro.
En toda gran explosión se generan tres cosas primordiales: energía calórica, materia y
movimiento hacia fuera de esa materia.
Los científicos calcularon inicialmente que la energía calórica remanente y existente
actualmente después de la Gran Explosión en el Universo, debería estar por debajo de 20o
K. Fue George Gamow32
y un grupo de colaboradores en 1949, quienes publicaron que la
temperatura actual del Universo, debería estar por debajo de 5o
K. Esto paso desapercibido
increíblemente y solo en la década del 60 revivió por cosas del destino. Arno Penzias y
Robert Wilson, ingenieros de los laboratorios Bell, habían sido contratados para modificar
una antena especial que permitiera la comunicación con los nuevos satélites Telstar. Al
estar tratando de equilibrar la ganancia de la primera antena y efectuar mediciones,
31 Allan Rex Sandage (1926), astrónomo estadounidense, ha centrado sus estudios en la posibilidad de que el
Universo no sólo se expanda sino que también presente fases de contracción periódicas. 32 Nació en Odessa (1904-1968). Creció bajo la influencia de la revolución y la Guerra, estudio cosmología en
Leningrado bajo la supervisión de Alexander Friedman.
38
descubrieron una radiación de fondo o ruido, independiente de la posición en que colocaban
la antena, así apuntara al espacio vacío. La temperatura de esa señal anómala era de unos
3 o K y se producía en una frecuencia de 4.080 Mhz. Inicialmente pensaron que era falta de
calibración del equipo y en la primavera de 1965 se dieron por vencidos. Fue allí donde el
destino vino nuevamente a intervenir. Penzias al leer el artículo de Peebles, sobre la
posibilidad de medir la radiación remanente de la Gran Explosión y que esta debía de tener
unos pocos grados Kelvin, llamo inmediatamente a Robert Dicke, un conocido suyo y
colaborador de Peebles para que juntos analizaran sus investigaciones. Al poco tiempo
concluyeron que Wilson y Penzias habían medido precisamente la temperatura remanente
de la Gran Explosión. En 1978 Robert Wilson y Arno Penzias, recibieron el Premio Nobel
por este gran descubrimiento. Posteriores investigaciones, han situado la temperatura de la
Gran Explosión en 2.7 o K.
El segundo aspecto que comprueba la existencia de la Gran Explosión, es la materia
producida durante ella. Ya Peebles había calculado que el 25% debía ser helio, elemento
que se produce por la combustión del hidrogeno. Los trabajos de Peebles alrededor de la
materia que debía haberse formado durante la Gran Explosión dieron origen a una ciencia
denominada núcleo síntesis. Fue así como los científicos ayudados por los avances de la
ciencia, mediciones y observaciones astronómicas en vuelos espaciales, descubrieron que
cuando ajustaban paramentos de temperatura, presión y densidad de la Gran Explosión,
para obtener cantidades correctas de helio, los mismos cálculos predecían la abundancia
correcta de otros elementos como el deuterio y litio, obtenidas por observaciones
astronómicas, con lo que llegaban a la conclusión que la teoría de la Gran Explosión
funcionaba.
El tercero y último aspecto de comprobación de la Gran Explosión, es el relacionado con el
movimiento o velocidad de la materia observable en el Universo, lo cual como se dijo al
principio fue descubierto por Hubble durante las observaciones en el mayor de los
telescopios ubicados en el Monte Wilson Pasadera California y cuya primera publicación
en 1929 causó una gran revolución científica. Hubble determinó que estamos en un
universo en expansión, donde las estrellas y galaxias se estaban alejando entre sí a
velocidades que aumentaban con la distancia: a mayor distancia que se encontrase una
galaxia de nosotros, mayor seria su velocidad relativa de separación, no importando en qué
dirección se observara. Lo anterior ha sido comprobado mediante mediciones del espectro
electromagnético de la frecuencia doppler y corrimiento hacia el rojo, de la luz recibida de
las galaxias, habiendo sido Marc Davis, el precursor de estas mediciones en 1976, con la
construcción de lo que llamo la maquina Z, que no era otra cosa que un espectrógrafo.
Aunque inicialmente la maquina Z no funcionó, fue desmontada y reconstruida por John
Hunchara y David Latham, quienes lograron en unión de John Tonry, ingeniero de sistemas
y encargado de elaborar los programas de computador que controlaría la maquina Z,
hacerla trabajar y medir automáticamente fotón a fotón, la luz recibida de los espectros
39
galácticos, detectándose su desplazamiento hacia el rojo. Con este método elaboraron una
gran cartografía en tres dimensiones de todas las galaxias visibles, comprobándose una vez
más la expansión del Universo.
POSIBLES RESPUESTAS A ALGUNOS INTERROGANTES
Hasta aquí se han visto varias teorías sobre el Universo, su formación y desarrollo, algunas
de ellas con bases científicas por observaciones, mediciones y simulaciones hechas que han
permitido su comprobación.
Partiendo de un hecho cierto: la existencia de la Gran Explosión, aun existen varios
interrogantes relacionados con ella; dos de ellos son:
1. ¿Dónde ocurrió la Gran Explosión?
2. ¿Estamos en un universo sin límites e infinito?
Con respecto a la primera pregunta: ¿Dónde ocurrió la Gran Explosión?, no se ha obtenido
aun una respuesta, pero pienso que se puede obtener con base en el siguiente análisis:
Al ocurrir la Gran Explosión, la materia de la bola de fuego fue despedida en todas las
direcciones, pero no simplemente en forma de neutrones, protones y electrones, sino en
verdaderas y gigantes nubes, las mas externas a mayor velocidad, las mas internas,
lógicamente a menor velocidad, frenadas por las capas exteriores (figura No.9); de estas
nubes se formarían las estrellas, galaxias, cúmulos y supercúmulos y nos darían una
explicación de por qué las galaxias más lejanas se observan con una velocidad relativa de
separación mayor. Al no existir nada alrededor de esta bola de fuego, las velocidades de
estas nubes solo podrían ser frenadas unas a otras por la acción de la gravedad de las
mismas, pero esta acción se iría debilitando con el tiempo, por mayor distancia de
separación entre sí.
Donde ocurrió la Gran Explosión, solo quedaría un gran vacío (Figura No. 11), cada vez
mayor y su localización sería posible detectarlo. Por un lado las variaciones de temperatura
remanente, hacia donde esta ese gran vacío, debe ser menor. Por otro lado, determinando la
dirección de los vectores de velocidad real (no relativo), de las galaxias, donde se corten las
colas de estos vectores, se encontrara el centro de la Gran Explosión. Adicionalmente se
puede comprobar con observaciones astronómicas, para verificar si existen grandes vacíos
en el lugar estimado anteriormente.
En 1977, un equipo de astrónomos de Berkely, a bordo de un U-2, descubrió una diminuta
variación en el fondo de microondas del espacio. Descubrieron que el cielo era de tres
milésimas de grados más caliente en la dirección del extremo austral de la constelación de
Leo y más fría de modo equivalente en la dirección opuesta. Es decir, más caliente hacia
donde vamos y más fría de donde venimos. Aquí tenemos ya un gran vector. En igual
40
forma, con las últimas mediciones hechas del corrimiento hacia el rojo, se ha detectado que
toda la Vía Láctea se mueve en la dirección de Virgo, y esta a su vez en la dirección general
de Hidra-Centauro, lo que nos permitiría determinar otro gran vector. Finalmente se han
detectado grandes vacíos de millones de años luz de diámetro, como el vacío del Boyero,
que aparentemente no tienen explicación y en uno de esos grandes vacíos podría estar el
centro del Universo.
Figura No. 11. Expansión del Universo.
Para la segunda pregunta: ¿estamos en un Universo sin límites e infinito?, se considera lo
siguiente:
1. Las ecuaciones de Friedman requieren de por lo menos un átomo de hidrogeno por
metro cúbico, para que el Universo sea cerrado. Pero si el Universo está en
expansión, esta condición, cada vez es más remota de cumplirse.
2. La acción de la gravedad es también cada vez más débil con la separación de las
galaxias, al no haber suficiente masa para contrarrestar la velocidad de separación,
las galaxias continuaran separándose para siempre. Además, las galaxias más
lejanas poseen mayor velocidad, lo que las hace más difícil ser atrapadas y frenadas
por la gravedad de las masas interiores.
41
Se puede concluir como bien lo expreso Sandage, el Universo no tiene límite y pensando
como él, aunque no en la misma forma de su fin, el Universo cada vez más frío, es decir
menos energía, menos hidrogeno, menos combustión, que mantenga vivas las estrellas,
menos posibilidades de interacción de la materia, al final se tendrá materia inerte sin luz,
sin vida, sin capacidad de reacción, separadas entre sí por grandes vacíos de millones de
millones de años luz, con una entropía cero33
, donde lo único que transcurrirá será el
tiempo, pero sin que nadie esté presente para presenciarlo.
NUESTRO SISTEMA SOLAR
Pero volvamos nuevamente a nuestro sistema solar, qué pasará en él?, y qué pasará con la
Tierra?. Trataremos de dar respuesta a estos interrogantes.
Nuestro sistema solar34
, como lo muestra la siguiente composición fotográfica, (figura No.
12), nos indica que está compuesto por el sol, nueve planetas (Mercurio, Venus, Tierra,
Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón), con sus lunas y/o satélites, asteroides,
cometas, meteoritos, polvo y gas interplanetario, de los cuales el sol posee el 99.85% de la
masa, los planetas el 0.135% y el resto el 0.015%. La energía que recibimos proviene del
sol, de la combustión del hidrógeno, convirtiéndose en helio. La estabilidad del Sol como
estrella viene de las fuerzas interiores producidas por la combustión del hidrógeno que
tratan de expandirla y de la fuerza de gravedad que trata de comprimirla, pero esta
estabilidad, poco a poco se va acabando también, como veremos a continuación.
A medida que se vaya consumiendo el hidrógeno, (actualmente consume 700 millones de
toneladas cada segundo), el sol irá cambiando de color amarillo a un color rojizo y
aumentando de tamaño y temperatura. Los científicos calculan que en aproximadamente
unos 1200 millones de años, el tamaño del sol habrá aumentado unas 20 veces y su
temperatura externa habrá aumentado considerablemente35
, cada cuatro átomos de
hidrógeno que se convierten en helio dentro de un proceso conocido como convección,
liberan luz, calor y cenizas de helio. El proceso de aumentar de tamaño, color y temperatura
externa continuará hasta convertirse en una estrella gigante roja, para luego estallar al
romperse el equilibrio fuerza interna-gravedad, liberando material al espacio. Actualmente,
el Sol se está haciendo más brillante a una tasa de más o menos del diez por ciento cada mil
millones de años. Se estima que dentro de mil millones de años, ello provocará un efecto
invernadero descontrolado en la Tierra que hará que los océanos empiecen a evaporarse.
Dentro de alrededor de 5.000 millones de años, las reservas de hidrógeno dentro del núcleo
del Sol se habrán agotado y comenzará a utilizar aquellas en sus capas superiores menos
densas. En más o menos 6.500 mil millones de años, se volverá una gigante roja, fría, con
33 La entropía es nula en el cero absoluto (0⁰ K). 34 Página web: www.astronomia.com 35 Actualmente es de unos 6.000°C en su superficie y en su interior de unos 15 millones de °C. El calor
generado en su interior tarda un millón de años en llegar a su superficie.
42
un diámetro de unas 170 veces y una luminosidad 2.300 veces superior a la actual. En ese
estado comenzará a lanzar material al espacio hasta quedar solo su núcleo blanco, el cual
paulatinamente se irá enfriando y reduciendo de tamaño, hasta convertirse en una enana
blanca, del tamaño que actualmente tiene la Tierra. Todo el material liberado al espacio,
servirá para la formación de nuevas estrellas y sistemas solares. Esto podría estar
ocurriendo en unos 7500 millones de años, según cálculos científicos (figura No.13).
Figura No. 12. El sistema Solar36
Figura No. 13. Ciclo de vida del Sol37
.
36 Página web: www.astronomia.com/fotosolar/sistemasolar.
37 TUIRAN, Erick. Conferencia sobre los Agujeros Negros. Universidad Tecnológica 24 de abril 2009.
43
Paralelamente: ¿Qué estaría pasando en la Tierra?
La Tierra es nuestro hogar en el Universo. Los científicos afirman que tiene una edad de 4.650
millones de años y que es el único planeta en el que han podido confirmar la existencia de vida.
Ahora, independientemente de predicciones sobre el fin de la tierra y su vida animal y vegetal, ya
sea por el choque de un meteorito de gran tamaño con la Tierra, causando grandes cataclismos
atmosféricos, terrestres y maremotos, que podrían arrasar con la vida en la Tierra; el choque con
cualquiera de los planetas cercanos a ella como Marte, Venus o Mercurio, lo cual la destruirían
completamente, o que el mismo hombre sea el causante de su destrucción por la continua
contaminación ambiental, que no es otra cosa que la transmisión y difusión de sustancias, humos
o gases tóxicos a medios como la atmósfera, el agua y la tierra, como también a la presencia de
polvos y gérmenes microbianos provenientes de los desechos de la actividad del ser humano,
originado diversas formas de contaminación (atmosférica, terrestre y acuática en ríos, lagos,
lagunas, mares y océanos), las cuales alteran el equilibrio físico y mental del ser humano,
poniendo en riesgo su existencia o como producto de una guerra atómica mundial de
impredecibles consecuencias, la verdad es que la tierra tendrá el siguiente fin:
Debido al calentamiento paulatino y aumento del tamaño del sol, dentro de 1200 millones de
años, la temperatura promedio de la tierra habrá aumentado a unos 38°, produciéndose grandes
evaporaciones, deshielo de los casquetes polares y tormentas eléctricas, aumentando los
cataclismos naturales y la vida vegetal comenzará a extinguirse. En unos mil millones de años
más, la temperatura habrá llegado a los 100°, las partículas de agua en la atmósfera se
descompondrán en oxígeno e hidrógeno, este último comenzará a ser liberado al espacio, y en la
superficie terrestre, prácticamente la vida vegetal habrá desaparecido, los desiertos cubrirán toda
la superficie terrestre y la vida orgánica será muy pobre, solo existirán en la tierra, aquellos
organismos que hayan podido adaptarse y en los océanos, todavía existirá algo de vida, pero
estos a medida que vayan perdiendo agua por la continua evaporación, también irán
desapareciendo, hasta que toda la tierra presente una total desolación de la vida que conocemos
hoy en día.
Finalmente en unos 5.000 millones de años, la tierra será quemada totalmente por el sol, toda su
materia, absorbida por él y en 6.000 millones de años, convertirse en átomos y polvo estelar, que
vagaran por el espacio al estallar el sol, posiblemente para dar nacimiento a otros sistemas
solares. El ciclo de vida de la tierra y de todo nuestro sistema solar habrá finalizado, se formó de
material galáctico en sus inicios y se convirtió en material galáctico en su final. La predicción de
la Biblia se habrá cumplido. Nuestro bello planeta azul (figura No. 14), solo será un recuerdo,
por quienes de alguna forma hayan podido pasar a otro sistema solar capaz de sostener vida
como la que conocemos hoy en día. Tendremos unos mil quinientos millones de años para
desarrollar la tecnología necesaria para descubrir y habitar otros mundos similares al nuestro, en
caso contrario la especie humana desaparecerá. De pronto esa tecnología ya empezó a dar los
primeros pasos y es relacionada con los motores a propulsión de antimateria. Pero ¿qué es la
antimateria? La materia conocida está formada por átomos compuestos por electrones de carga
44
negativa y el núcleo con protones de carga positiva y neutrones, en la antimateria, los electrones
tienen carga positiva y el núcleo con protones de carga negativa y antineutrones. Los científicos
ya han logrado crearla, y cuando fusionan la antimateria con la materia se convierte 100% en
energía (toda la materia desaparece). Por ejemplo, en la creación de energía atómica, solo el 1%
de la materia se convierte en energía, por lo tanto la eficiencia de la fusión de la antimateria con
la materia para obtener energía es del 100% y tal vez eso nos podrá dar la oportunidad de viajar
grandes distancias por el espacio. Se estima que sólo se necesita 10 miligramos de antimateria
para propulsar una nave a Marte38
Figura No.14 La Tierra y la luna39
.
38 Página web: www.laflecha.net/canales/ciencia/noticias/200604165. Artículo: La NASA planea utilizar antimateria
para viajar a Marte. 39 Página web: www.astronomia.com/fotosolar/latierraylaluna/
45
CAPITULO CUATRO
CONOCIENDO NUESTRO UNIVERSO A TRAVÉS DE LOS TELESCOPIOS
ESPACIALES HUBBLE Y SPITZER
EL TELESCOPIO ESPACIAL HUBBLE
El Telescopio espacial Hubble (figura No. 15) denominado así en honor de Edwin Hubble, fue
puesto en órbita el 24 de abril de 1990 como un proyecto conjunto de la NASA y de la ESA
inaugurando el programa de Grandes Observatorios. Es completamente robotizado y está
localizado en los bordes exteriores de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593
km sobre el nivel del mar, con un periodo orbital entre 96 y 97 minutos alrededor de la tierra a
una velocidad de 28.000 Km/h. Tiene un peso de 11.000 kilos, es de forma cilíndrica y tiene una
longitud de 13,2 m y un diámetro máximo de 4,2 metros. El telescopio puede obtener imágenes
con una resolución óptica mayor de 0,1 segundos de arco, su ventaja principal es que elimina los
efectos de la turbulencia atmosférica, por encontrarse fuera de ella.
46
Figura No. 15. El telescopio espacial Hubble.
Dentro del proyecto investigativo del Universo, también se encuentra la Estación Espacial
Internacional la cual se muestra en la figura No. 16. La duración de un día a bordo de ella es de
1.529 horas.
47
Figura No. 16. Estación Espacial Internacional.
Una de las fotos tomadas desde el interior de la Estación Espacial Internacional, muestra la tierra
en toda su majestad (Figura No. 17), la tenue luz azul que la rodea, corresponde a la capa
atmosférica y se puede observar al norte al continente europeo y al sur el continente africano.
TELESCOPIO ESPACIAL SPITZER
El Telescopio Espacial Spitzer o SST, conocido inicialmente como Instalación de Telescopio
Infrarrojo Espacial o SIRTF de sus siglas en inglés (figura No. 18), es un observatorio espacial
infrarrojo, el cuarto y último de los Grandes Observatorios de la NASA. Otros telescopios
espaciales en el infrarrojo que han precedido al Spitzer fueron los telescopios IRAS e ISO.
48
Figura No. No. 17. La Tierra vista desde el interior de la Estación Espacial Internacional.
Fue lanzado el 25 de agosto de 2003 desde el Centro Espacial Kennedy usando como vehículo
un Delta 7920H ELV. Mantiene una órbita heliocéntrica similar a la de la Tierra, pero que lo
aleja de nuestro planeta a razón de unos 15 millones de kilómetros por año. El Spitzer está
equipado con un telescopio reflector de 85 cm de diámetro. La vida útil del telescopio Spitzer
viene limitada, por la tasa de evaporación del helio líquido que se utiliza como refrigerante
(como en otros telescopios infrarrojos espaciales). Inicialmente se esperaba que el helio durase
un mínimo de 2,5 años y un máximo de 5. El helio líquido se agotó el 15 de mayo de 2009, lo
que supone una duración de más de 5,5 años. Actualmente (agosto de 2009) Spitzer sigue
operando en una misión extendida SWM (Spitzer Warm Mission), en la que el telescopio se
enfría pasivamente, sin necesidad de refrigerante, hasta -246 grados Celsius, con el fin de
alargarle su vida.
49
Figura No. 18. Telescopio Espacial Spitzer con la Vía Láctea en el fondo brillando en el
infrarrojo (concepción artística).
El costo total de la misión se estimó en 670 millones de dólares. Entre los retos tecnológicos de
esta misión se encontraba la realización del espejo principal de Berilio.
A diferencia de la mayoría de los telescopios, que son nombrados por un panel de científicos, el
nombre de éste fue obtenido de un concurso abierto sólo a niños. El nombre final proviene del
Dr. Lyman Spitzer, Jr., considerado uno de los científicos más influyentes del siglo XX y uno de
los primeros impulsores de la idea de telescopios espaciales proponiendo esta posibilidad en los
años 40. Así la NASA, mantuvo su tradición de renombrarlo después de la demostración de su
operación exitosa, el 18 de diciembre de 2003
Con el Spitzer se quiere estudiar objetos fríos que van desde el Sistema Solar exterior hasta los
confines del universo. Este telescopio constituye el último elemento del programa de Grandes
Observatorios de la NASA, y uno de los principales elementos del Programa de Búsqueda
Astronómica de los Orígenes (Astronomical Search for Origins Program). El telescopio contiene
50
tres instrumentos capaces de obtener imágenes, realizar fotometría en el rango de 3 a 180 micras
y obtener espectros de gran resolución en el rango de 5 a 100 micras40
.
A continuación podremos observar una secuencia de las mejores fotos tomadas por el telescopio
espacial Hubble, y el Spitzer, de diferentes partes del Universo. La belleza de las fotos muestra el
esplendor de nuestro Universo, pero igualmente nos deja ver apenas una luz de todos los
misterios que lo rodean y que nuestra mente siempre inquieta y ambiciosa quiere conocer, a
pesar de las grandes distancias que hay que recorrer para descubrir y comprender todos los
procesos que se desarrollan dentro de él, desde su formación hasta su fin.
VIAJANDO POR EL UNIVERSO
Aprovechando la gran cantidad de fotos e información recolectadas especialmente por los dos
telescopios espaciales, puestos en el espacio por la NASA, haremos un viaje por nuestro
Universo, mostrando fotos e información, disponible principalmente en la enciclopedia libre de
Wilkipedia. Podremos ver la grandeza del Universo, donde continuamente se siguen formando
estrellas en esa constante ebullición formada por polvo galáctico, altas temperaturas causadas por
combustión nuclear, formación de Helio a partir del Hidrógeno, explosiones de estrellas, colisión
de Galaxias y formación de singularidades como los Agujeros Negros por la inmensa fuerza de
la gravedad. En esa exploración los científicos si bien han encontrado posibilidades de planetas
que pueden contener vida como la existente en la Tierra, aún no ha sido posible su
comprobación.
Comenzaremos este viaje con la Galaxia del Sombrero (figura 19), por su forma o aspecto,
llamada también M 104 o NGC 4594 en el catálogo Messier, distante unos 28 millones de años
luz de la Tierra, se considera la mejor fotografía tomada por el Hubble. La Galaxia del Sombrero
es una galaxia en espiral de la constelación de Virgo . Fue descubierta por Pierre Méchain el 6 de
mayo de 1783.
Tiene un núcleo grande y brillante, una inusual protuberancia central, y una destacada banda de
polvo en el disco galáctico. Desde la Tierra, es vista de canto, lo que le proporciona una
apariencia de sombrero sobre un quinto del diámetro de la Luna llena.
Es una galaxia espiral de la 8ª magnitud de tipo Sa o Sb. Es invisible a simple vista, pero
fácilmente reconocible con pequeños telescopios.
El diámetro de M104 se sitúa entre los 50.000 y 140.000 años luz. Su masa es aproximadamente
de 800.000 millones de soles.
40 es.wikipedia.org/wiki/Telescopio_espacial_Spitzer
51
La galaxia se sitúa en la constelación de Virgo, aunque no se considera miembro del Cúmulo de
Virgo. Una investigación reciente41
la convierte en la galaxia más brillante en un radio de 10
megaparsecs, con una magnitud absoluta intrínseca de -22,8.
Figura No. 19. La Galaxia del Sombrero o M104.
La figura No. 20 muestra la fabulosa Nebula Mz3 o Menzel 3 llamada Nebulosa de la Hormiga
por la apariencia que presenta a los telescopios, situada entre 3.000 y 6.000 años luz. Es una
nebulosa planetaria en la constelación de Norma. Su nombre proviene de su forma, que recuerda
el tórax y la cabeza de una hormiga, está formada por un núcleo brillante y, al menos, cuatro
flujos de materia distintos. Han sido identificados como: un par de brillantes lóbulos bipolares,
41 Catalog of Neighboring Galaxies
52
dos flujos opuestos muy llenos en forma de columna, un sistema cónico de estructura radial y un
tenue flujo radial con forma de anillo.42
La Nebulosa de la Hormiga fue descubierta por Donald Menzel en 1922.
Figura No. 20. Nebulosa de la Hormiga o Nebula Mz3.
Algunos investigadores creen que la Nebulosa de la Hormiga alberga una estrella simbiótica en
su centro.43
Una segunda posibilidad es que el giro de una estrella moribunda haya provocado
que su intenso campo magnético se haya enrollado de forma compleja; se han calculado vientos
con carga y con velocidades de 1.000 km/s (similares al viento solar pero mucho más densos)
42 Santander-García, M.; Corradi, R. L. M.; Balick, B.; Mampaso, A. (2004) «Menzel 3: Dissecting the
ant» Astronomy and Astrophysics. Vol. 426. pp. 185-194. 43 Zhang, Y.; Liu, X.-W. (2006) «The Fe/Ni ratio in the Ant Nebula Mz 3» Planetary Nebulae in our Galaxy and
Beyond, Proceedings of the International Astronomical Union, Symposium #234. Edited by Michael J. Barlow and
Roberto H. Méndez. Cambridge: Cambridge University Press, 2006.,. pp.547-548.
53
pueden haber seguido líneas de campo torcidas en su camino hacia el exterior. Estos densos
vientos pueden tornarse visibles por la luz ultravioleta proveniente de la estrella central o por
colisiones supersónicas con el gas ambiental que excita el material con fluorescencia. Aunque no
se ha encontrado ninguna nebulosa realmente similar a ella, la Nebulosa M2-9 tiene cierto
parecido, pero la velocidad del flujo en la Nebulosa de la Hormiga es hasta 10 veces mayor que
en M2-9.44
La figura No. 21 nos muestra la Nebulosa Ojo de Gato o NGC 6543. Es una nebulosa planetaria
en la constelación del Dragón. Estructuralmente es una de las nebulosas más complejas
conocidas habiéndose observado en imágenes de muy alta resolución del Telescopio Espacial
Hubble mostrando chorros de material y numerosas estructuras en forma de arco, por lo que
recibe este nombre, por su parecido a un ojo de gato.
Fue descubierta por William Herschel el 15 de febrero de 1786 y fue la primera nebulosa
planetaria cuyo espectro fue por primera vez investigado siendo esta labor realizada por el
astrónomo amateur William Huggins en 1864.
Los últimos estudios revelan una naturaleza compleja con intrincadas estructuras que podrían
estar causadas por material eyectado por una binaria acompañando a la estrella central. Sin
embargo no hay evidencias claras de la presencia de dicha compañera estelar. También las
medidas de abundancias de elementos químicos revelan una importante discrepancia entre las
medidas obtenidas por diferentes métodos indicando que hay aspectos de esta nebulosa que
permanecen todavía sin ser comprendidos.
Las observaciones de NGC 6543 en longitudes de onda infrarrojas muestran la presencia de un
polvo estelar y gas a baja temperatura. Se piensa que el polvo se formó en las últimas fases de la
vida de la estrella que la formó. Este polvo absorbe luz de la estrella central reemitiendo la
energía en longitudes de ondas infrarrojas. El espectro de emisión infrarrojo permite deducir
temperaturas de 70⁰ K.
Las emisiones infrarrojas revelan la presencia de material no ionizado como hidrógeno molecular
(H2). En muchas nebulosas planetarias la emisión molecular es mayor a distancias mayores de la
estrella donde el material deja de estar ionizado. En el caso de NGC 6543 la emisión de
hidrógeno es más intensa en el límite interior del halo exterior. Esto es posiblemente debido a
ondas de choque excitando el H2 a medida que impactan con el halo a diferentes velocidades.45
Su composición química es principalmente hidrógeno y helio, como la mayoría de los astros
astronómicos, con elementos pesados tan solo presentes en pequeñas cantidades. La composición
44 Astro-Entomology? Ant-like Space Structure Previews Death of Our Sun. Hubblesite.org 45 Hora J.L., Latter W.B., Allen L.E. et al (2004), Infrared Array Camera (IRAC) Observations of Planetary
Nebulae, Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 154, p.296
54
exacta puede ser estudiada mediante el análisis espectroscópico de la luz procedente de la
nebulosa. Las cantidades se expresan generalmente relativas al hidrógeno, el elemento más
abundante.
Figura No. 21. Nebulosa Ojo de Gato o NGC 6543.
La figura No. 22 muestra la Nebulosa del Esquimal o NGC 2392, situada a 5.000 años luz. Se
conoce también con el nombre vulgar de "huevo podrido", y se encuentra en la constelación de
Geminis. La imagen se obtuvo el 10 de enero del 2000, después de la reparación efectuada por
los astronautas en el telescopio espacial Hubble. En la foto, el nitrógeno se ve de color rojo, el
hidrógeno de color verde, el oxígeno de color azul y el helio de color violeta.
La NGC 2392 es una nebulosa planetaria. En realidad, las nebulosas llamadas planetarias poco
tienen que ver con los planetas. Hoy en día se denomina nebulosa planetaria a burbujas de gases
expulsados por estrellas de tipo solar moribundas.
55
Esta nebulosa planetaria fue estudiada por vez primera por William Herschel en 1787. Según
parece, durante la fase de gigante roja, la estrella central originó un anillo ecuatorial denso que se
expande a unos 115.000 km/h. Más tarde, al hacer explosión la estrella central (hace 10.000
años), se produjo un viento estelar de alta velocidad (1,5 millones de km/h) que, al chocar con el
anillo, dio lugar a las dos burbujas o lóbulos polares en rápida expansión que aquí se observan
parcialmente superpuestos. La capucha de piel del esquimal es en realidad un conjunto de
objetos con forma de cometa dispuestos radialmente. El diámetro de los lóbulos polares es
aproximadamente de medio año luz.
Figura No. 22. Nebulosa del Esquimal o NGC 2392.
La figura No. 23 muestra la Nebulosa NMyCn18 o Nebulosa Reloj de Arena (hourglass), por su
parecido a un reloj de arena, situada a 8.000 años luz, es una preciosa nebulosa con un
estrechamiento en la parte central. Antes de obtener esta fotografía por el telescopio Hubble,
MyCn18 se veía formada por dos anillos grandes y uno más pequeño, con un aspecto muy
parecido al de la supernova 1987A. Los diferentes componentes de esta estructura en forma de
reloj de arena no están alineados. Por fuerza, este descentramiento, que también se ha observado
en el núcleo de algunas galaxias, alrededor de lo que podría ser un agujero negro, ha de tener
alguna explicación, desconocida por el momento.
56
Figura No. 23. Nebulosa NMyCn18 o Nebulosa Reloj de Arena.
La figura No. 24 muestra la Nebulosa M16 o Nebulosa del Águila. La preferida por muchos
astrónomos, también llamada 'los pilares de la creación', nombre muy propicio por ser cuna de
formación de estrellas. El mosaico de fotografías del Hubble revela la existencia de decenas de
pequeños canales que sobresalen de los extremos de las columnas. Al final de estos canales el
gas se vuelve más denso, formando unos glóbulos esféricos en los que se gestan estrellas y,
según algunos astrónomos, quizá incluso planetas. Comparada con el Sol, la más reluciente de
estas estrellas puede ser cien mil veces más brillante y más de ocho veces más caliente. El
parecido de las nubes de polvo de la nebulosa del Águila con los nubarrones que se ven en
nuestra atmósfera en los días tormentosos puede hacerle creer que las nubes de polvo no son muy
grandes. En realidad, cada columna de nube es tan larga que un haz de luz tarda casi un año en
recorrerla de un extremo a otro. Por otra parte, cada glóbulo 'diminuto' de la imagen tiene el
tamaño aproximado de nuestro sistema solar. Además, la nebulosa está tan alejada de nosotros
que su luz tarda siete mil años en llegarnos. Esto significa que vemos la nebulosa del Águila tal
como era antes de la formación de nuestro sistema solar.
La Nebulosa del Águila, es un cúmulo estelar abierto en la constelación Serpens. Está asociado
con una nebulosa de emisión difusa catalogada como IC 4703. De su velocidad radial, 18.000
57
km/s, se deduce que se aleja de la Tierra a más 64.800 km/h: esta velocidad está originada por la
combinación de la velocidad orbital del Sol (alrededor del núcleo de la Vía Láctea) y el de la
propia Tierra.
Las estrellas más brillantes del cúmulo (de tipo espectral O) están entre las más masivas y
luminosas conocidas, con una masa estimada en alrededor de 80 masas solares y una
luminosidad del orden de 1 millón de veces la del Sol. Los científicos han estimado que su edad
es alrededor de 2 millones de años.
Figura No. 24. Nebulosa M16 o Nebulosa del Águila.
58
La figura No. 25 muestra la Nebulosa del Cono, (también conocida como NGC 2264) se
encuentra en la constelación de Monoceros. Fue descubierta por William Herschel en 1785. La
nebulosa se encuentra a 800 pársecs46
o 2.600 años luz de la tierra.
La nebulosa es parte de una nebulosa alrededor del “Christmas Tree Cluster”, o Grupo Árbol
Navideño. El nombre NGC 2264 en el Nuevo Catálogo General se refiere a ambos sistemas y no
solo a esta nebulosa.
Figura No. 25. Nebulosa del Cono o NGC 2264.
La difusa nebulosa del cono se llama así por su forma cónica. Se encuentra en la parte sur de
NGC 2264 y en la parte norte del Grupo Árbol Navideño, (al norte de Monoceros, justo al norte
del punto medio de la línea de Proción a Betelgeuse).
La forma cónica proviene de una nebulosa de absorción oscura compuesta por hidrógeno frío
molecular y polvo frente a una débil nebulosa de emisión que contiene hidrógeno ionizado por S
Monocerotos, la estrella más brillante de NGC 2264. La débil nebulosa mide aproximadamente
46 La Unidad de medida pársec está basada en una medición paraláctica, donde la distancia de un pársec fue
determinada como la distancia necesaria para que el radio medio de la órbita terrestre se observara como un ángulo
de 1 segundo de arco. Esta distancia resultó ser 3.25 años luz.
59
siete años luz. Es parte del complejo donde nacen estrellas. El telescopio espacial Hubble se usó
para ver imágenes de estrellas en formación en 1997, tomando esta magnífica foto.
La figura No. 26 muestra un fragmento de la Nebulosa del Cisne o M17 está situada a 5.500
años luz de distancia, en la constelación de Sagitario. Se trata de un burbujeante océano de
hidrógeno candente con trazas de otros elementos, como oxígeno y azufre. Denominada también
Nebulosa Omega, actúa como semillero de nuevos astros.
El torrente de radiación ultravioleta emitido por estrellas masivas ilumina diseños ondulados en
el gas. Estas estrellas de reciente formación están situadas fuera del campo de la imagen, arriba a
la izquierda. El brillo de estas ondulaciones realza la estructura tridimensional del objeto. La
radiación ultravioleta excava y calienta las superficies de las frías nubes de hidrógeno, que
brillan así en rojo y naranja.
El intenso calor y presión generan un flujo de material desde estas superficies, creando una
cortina verdosa de gas encendido que enmascara la estructura de fondo. La presión en los
extremos de las ondas puede desencadenar una nueva formación estelar en su interior. Los
colores representan los diversos gases, rojo para el azufre, verde el hidrógeno y azul para el
oxígeno.
Figura No. 26. Fragmento de la Nebulosa del Cisne o M17.
60
La figura No. 27 muestra dos galaxias arremolinadas la NGC 2207 y la IC 2163 situadas a 114
millones de años luz.
Fueron fotografiadas por el Telescopio Espacial Hubble. La galaxia más grande se cataloga
como NGC 2207, la menor es CI 2163. Las fuerzas de la marea gravitatoria de NGC 2207 han
torcido la forma de CI 2163, mientras expulsa estrellas y vierte gases en serpentinas largas que
sobresalen cien mil años-luz por el borde derecho de la imagen.
Cuando las galaxias colisionan, los choques directos entre estrellas son muy raros, pero las
colisiones entre las enormes nubes de gas de las galaxias provocan un crecimiento en la tasa de
natalidad estelar. Las estrellas masivas recién nacidas evolucionan rápidamente en unos pocos
millones de años y explotan como supernovas. Los elementos pesados fabricados en estas
estrellas son expulsados por las explosiones y enriquecen el gas que las rodea a lo largo de miles
de años luz.
Figura No. 27. Dos galaxias arremolinadas la NGC 2207 y la IC 2163.
La cantidad de supernovas en las Antenas es casi 30 vece,s la de la Vía Láctea. Las explosiones
de supernovas calientan el gas en estas galaxias hasta millones de grados centígrados. Se vuelven
tan calientes que emiten rayos X. Estas nubes son prácticamente invisibles para los telescopios
61
ópticos, pero son blancos fáciles para el Observatorio de rayos X Chandra47
. Los datos del
Chandra revelan regiones con una alta y variada proporción de metales. En una nube, por
ejemplo, el magnesio y el silicio son 16 y 24 veces más abundantes que en el Sol.
La figura No. 28 muestra la Nebulosa Trífida (también conocida como M20 y NGC 6514), una
cuna estelar entre 2.000 y 600 años luz. Fue descubierta por Guillaume Le Gentil en el año 1750.
El nombre de la nebulosa significa "dividido en tres lóbulos", y se caracteriza por estar formada
por tres lóbulos separados por oscuras líneas de polvo. La nebulosa Trífida, que es una nebulosa
tanto de emisión como de reflexión, tiene una magnitud 5. Su edad estimada es de 300.000 años,
lo que la convierte en la zona de formación estelar más joven que se conoce.
Figura No. 28. Nebulosa Trífida (también conocida como M20 y NGC 6514).
Es una de las grandes nebulosas gaseosas que hay en Sagitario; se encuentra cerca de la nebulosa
Laguna. En el centro de la nebulosa Trífida se puede ver una estrella de magnitud 6, denominada
HN40. En realidad, no es una sola estrella, sino un completo sistema séxtuple que es observable
47 El Observatorio de rayos-X Chandra es un satélite artificial lanzado por la NASA el 23 de julio de 1999.
62
con telescopios ya algo grandes, la complejidad del sistema no es apreciable con telescopios de
tamaño pequeño. El astro principal de este sistema es una súper gigante de alta luminosidad.
En las fotografías de exposición larga que se tienen de la nebulosa Trífida se pueden apreciar dos
colores claramente diferenciados: azul claro y rojo. El primero se debe a la reflexión en el polvo
estelar al norte de la nebulosa. El segundo es causado por la ionización del hidrógeno a cargo de
la radiación ultravioleta que proviene de HN40.
La figura No. 29 muestra la Nebulosa del Anillo (también conocida como Objeto Messier 57,
Messier 57, M57 o NGC 6720) es una nebulosa planetaria prototípica situada en la constelación
de Lyra. Se trata de una de las nebulosas más conocidas utilizada frecuentemente como ejemplo
de este tipo de objetos astronómicos. Está situada a 0,7 kpc (2.300 años luz) de la Tierra y fue
descubierta por Antoine Darquier de Pellepoix en 1779.
Figura No. 29. Nebulosa del Anillo (también conocida como Objeto Messier 57, Messier 57,
M57 o NGC 6720).
Su forma real es posiblemente la de una nebulosa bipolar vista con una inclinación de 30°
respecto a su eje, calculándose que ha estado expandiéndose alrededor de 1.600 años. M57 está
iluminada por una enana blanca en su centro de magnitud visual 15,8.
63
De su velocidad radial, -19.2 km/s, se deduce que se aproxima a la Tierra a ás de 69120 km/h:
esta velocidad está originada por la combinación de la velocidad orbital del Sol alrededor del
núcleo de la Vía Láctea, además de la velocidad propia de la Tierra.
La figura No. 30 muestra la Nebulosa RCW 79 y es una burbuja cósmica de gas y polvo es, que
ha crecido ya unos 70 años luz de diámetro, y que es azotada por los vientos y radiación de
estrellas calientes jóvenes.
La luz infrarroja del polvo en la nebulosa se tiñe de rojo en esta vista en falso color del
Telescopio Espacial Spitzer. A unos 17 años luz de distancia en la grandiosa constelación de
Centauro , la nebulosa en expansión es una zona de estrellas en formación rodeada además de
gas y polvo.
Figura No. 30. Nebulosa RCW 79.
De hecho, esta imagen en infrarrojo revela grupos de nuevas estrellas como puntos amarillentos
desperdigados por todo el borde de la burbuja.
64
Un grupo muy especial yace todavía en la burbuja natal (sobre las 7 en punto, abajo a la
izquierda), mientras que otro puede verse encima de un gran vació hacia las 3 en punto (derecha)
del centro de la imagen.
La figura No. 31 muestra la Nebulosa de la Roseta o NGC 2237 ¿Podría la Nebulosa dela Roseta
tener cualquier otro nombre que luzca así de dulce? La sosa designación por parte del Nuevo
Catálogo General de NGC 2237 no aparece disminuir la apariencia de esta floreada nebulosa de
emisión.
Figura No. 31. Nebulosa de la Roseta o NGC 2237.
Dentro de la nebulosa yace un cúmulo abierto de brillantes estrellas jóvenes, designada como
NGC 2244. Estas estrellas, formadas hace cuatro millones de años a partir de material nebular y
vientos estelares, son claramente visibles en un agujero en el centro de la nebulosa, aislada por
65
una capa de polvo y gas caliente. La luz ultravioleta que viene del cúmulo caliente causa en la
nebulosa que lo rodea el brillo de ésta.
La Nebulosa Roseta se expande 100 años luz y queda alrededor de 5.000 años luz de nosotros,
puede ser vista a través de pequeños telescopios hacia la constelación de Monoceros.
La figura No. 32 muestra la Nebulosa de Orión, también conocida como Messier 42, M42, o
NGC 1976, es una nebulosa difusa situada al sur del Cinturón de Orión.48
Es una de las
nebulosas más brillantes que existen, y puede ser observada a simple vista sobre el cielo
nocturno. Está situada a 1270±76 años luz de la Tierra,49
y posee un diámetro aproximado de 30
años luz. Algunos documentos se refieren a ella como la Gran Nebulosa de Orión, y los textos
más antiguos la denominan Ensis, palabra latina que significa "espada", nombre que también
recibe la estrella Eta Orionis, que desde la Tierra se observa muy próxima a la nebulosa.50
Por su cercanía a la Tierra, la nebulosa de Orión es uno de los objetos astronómicos más
fotografiados, examinados, e investigados. De ella se ha obtenido información determinante
acerca de la formación de estrellas y planetas a partir de nubes de polvo y gas en colisión. Los
astrónomos han observado en sus entrañas discos protoplanetarios, enanas marrones, fuertes
turbulencias en el movimiento de partículas de gas, y efectos foto ionizantes cerca de estrellas
muy masivas próximas a la nebulosa, sin embargo a pesar de toda esta información, la formación
de sus estrellas no es entendible totalmente, aunque se cree que existen sistemas planetarios
similares al nuestro.
La Nebulosa de Orión fue descubierta probablemente en 1610, cuando Nicholas-Claude Fabri de
Peiresc (1580-1637), un abogado francés miró con su telescopio hacia esa región, reportándolo
únicamente en sus papeles y no publicado. Independientemente en 1611 el astrónomo jesuita
Johann Baptist Cysatus (1588-1657) la reportó. El primer dibujo de esta nebulosa fue creado por
Giovanni Batista Hodierna, quien incluyó tres estrellas, Theta1, Theta2A y Theta2B.
La naturaleza gaseosa de la nebulosa de Orión fue revelada en 1865 con la ayuda de un
espectroscopio por William Huggins. En septiembre 30 de 1880, M42 fue la primera nebulosa
en ser fotografiada exitosamente por Henry Draper. En marzo 14 de 1882, Henry Draper realizó
una segunda fotografía donde claramente muestra también a M43, una nebulosa cercana a Orión.
48 Desde zonas templadas del hemisferio norte la nebulosa de Orión se ve debajo del cinturón de Orión. Sin
embargo, desde las zonas templadas del hemisferio sur la nebulosa aparece sobre él.
49 Karin M. Sandstrom, J. E. G. Peek, Geoffrey C. Bower, Alberto D. Bolatto, Richard L. Plambeck (1999) «A
Parallactic Distance of 389+24-21 parsecs to the Orion Nebula Cluster from Very Long Baseline Array
Observations» The Astrophysical Journal. Vol. 667. n.º 2. p. 1161-1169 50 Richard Hinchley Allen (1889). Star Names: Their Lore and Meaning. Dover Publications. ISBN 0-486-21079-0.
66
Figura No. 32. Nebulosa de Orión, (también conocida como Messier 42, M42, o NGC 1976).
Por último en este capítulo se ha dejado La Vía Láctea para cerrarlo (figura No. 33), por ser la
galaxia en forma espiral en la que se encuentra el Sistema Solar y, por ende, la Tierra. Según las
observaciones, posee una masa de 1012
masas solares y es una espiral barrada; con un diámetro
medio de unos 100.000 años luz, se calcula que contiene entre 200 mil millones y 400 mil
millones de estrellas. La distancia desde el Sol hasta el centro de la galaxia es de alrededor de
27.700 años luz (8,5 kpc, es decir, el 55 por ciento del radio total galáctico). La Vía Láctea forma
parte de un conjunto de unas cuarenta galaxias llamado Grupo Local, y es la segunda más grande
y brillante tras la Galaxia de Andrómeda (aunque puede ser la más masiva).
El nombre Vía Láctea proviene de la mitología griega y en latín significa camino de leche. Ésa
es, en efecto, la apariencia de la banda de luz que rodea el firmamento, y así lo afirma la
mitología griega, explicando que se trata de leche derramada del pecho de una diosa. Sin
67
embargo, ya en la Antigua Grecia un astrónomo sugirió que aquel haz blanco en el cielo era en
realidad un conglomerado de muchísimas estrellas. Se trata de Demócrito (460 a. C. - 370 a. C.),
quien sostuvo que dichas estrellas eran demasiado tenues individualmente para ser reconocidas a
simple vista. Su idea, no obstante, no halló respaldo, y tan sólo hacia el año 1609 de la era
común, el astrónomo Galileo Galilei haría uso del telescopio para observar el cielo y constatar
que Demócrito estaba en lo cierto, ya que adondequiera que mirase, aquél se encontraba lleno de
estrellas.
Figura No. 33. La Vía Láctea.
En la noche se aprecia como una borrosa banda de luz blanca alrededor de toda la esfera celeste.
El fenómeno visual de la Vía Láctea se debe a estrellas y otros materiales que se hallan sobre el
plano de la galaxia. En algunas culturas está asociada a caminos, por ejemplo, los vikingos creían
que llevaba al Valhalla, destino de las almas de los muertos, mientras que los celtas aseguraban
que se dirigía al castillo de la reina de las hadas, en España, la Vía Láctea también recibe el
68
nombre popular de Camino de Santiago, pues era usada como guía por los peregrinos de ese
lugar. En otros casos, como en las alegorías chinas y japonesas, se refieren a ella como un río de
plata celestial.
La Vía Láctea aparece más brillante en la dirección de la constelación de Sagitario, hacia el
centro de la galaxia.
La galaxia se divide en tres partes bien diferenciadas:
halo
o halo exterior
o halo interior
disco
o disco delgado
o disco grueso
o disco extremo
bulbo
Halo
El halo es una estructura esferoidal que envuelve la galaxia. En el halo la concentración de
estrellas es muy baja y apenas tiene nubes de gas, por lo que carece de regiones con formación
estelar. En cambio, es en el halo donde se encuentran la mayor parte de los cúmulos globulares.
Estas formaciones antiguas son reliquias de la formación galáctica. Estas agrupaciones de
estrellas se debieron formar cuando la galaxia era aún una gran nube de gas que colapsaba y se
iba aplanando cada vez más. Otra característica del halo es la presencia de gran cantidad de
materia oscura. Su existencia se dedujo a partir de anomalías en la rotación galáctica. Los objetos
contenidos en el halo rotan con una componente perpendicular al plano muy fuerte, cruzando en
muchos casos el disco galáctico. De hecho, es posible encontrar estrellas u otros cuerpos del halo
en el disco. Su procedencia se delata cuando se analiza su velocidad y trayectoria, así como su
metalicidad. Y es que los cuerpos del halo presentan una componente perpendicular al plano
muy acusada, además del hecho de que se trata de cuerpos que se formaron antes que los del
disco. Sus órbitas los llevan, pues, a cruzar periódicamente el disco. También es muy probable
que una estrella de población II (pobre en metales) pertenezca al halo, pues éstas son más
antiguas que las de población I (ricas en metales) y el halo, como ya se ha dicho, es una
estructura antigua.
Disco
El disco se compone principalmente de estrellas jóvenes de población I. Es la parte de la galaxia
que más gas contiene y es en él donde aún se dan procesos de formación estelar. Lo más
69
característico del disco son los brazos espirales, que son ocho: dos brazos principales Escudo-
Centauro y Perseo, así como dos secundarios -Sagitario y Escuadra- (en vez de cuatro brazos
similares entre sí, como se pensaba antes).51
Nuestro Sistema Solar se encuentra en el brazo
Orión o Local, que forma parte del brazo espiral de Sagitario, de allí su nombre de "Local". Estas
formaciones son regiones densas donde se compacta el gas y se da la formación de estrellas. Los
brazos son, en realidad, ondas de densidad que se desplazan independientemente de las estrellas
contenidas en la galaxia. El brillo de los brazos es mayor que el resto de las zonas, porque es allí
donde se encuentran los gigantes azules (estrellas de tipo O, B), que son las únicas que pueden
ionizar grandes extensiones de gas. Estas estrellas de corta vida nacen y mueren en el brazo
espiral, convirtiéndose así en excelentes marcadores de su posición. Otros trazadores de los
brazos espirales son las regiones HII (nubes de hidrógeno ionizado), originadas precisamente por
esos gigantes azules. Estas nubes vuelven a emitir, en el rango de la luz visible, la energía
captada en el ultravioleta o en otras frecuencias más cortas. Son altamente energéticas, pues han
sido ionizadas por las potentes gigantes azules, que barren extensas áreas con sus vientos
estelares.
Las estrellas de vida más larga como el Sol ya no sirven como marcadores, ya que tienen tiempo
a lo largo de su vida de entrar y salir repetidas veces en los diferentes brazos espirales de la
galaxia. Estas estrellas podrán encontrarse también fuera de los brazos.
Así como la galaxia se compone de dos partes según su grosor, halo y disco, el disco también:
disco delgado y disco grueso. Se cree que el disco grueso es el remanente de un segundo proceso
de colapso y aplanamiento de la galaxia. Del mismo modo que el halo es el remanente del
colapso inicial, el disco grueso lo sería de una segunda fase de colapso.
El disco está unido al bulbo galáctico por una barra de radio 3,9 kiloparsecs,52
la cual a su vez
está ceñida por un anillo de radio 5 kiloparsecs, que concentra, además de una gran cantidad del
hidrógeno molecular de la galaxia, una gran actividad de formación estelar. Dicho anillo es la
estructura más notable de nuestra galaxia, y visto desde otras galaxias exteriores sería su zona
más prominente. De este anillo emergen los brazos espirales.
Se cree que posiblemente nuestra galaxia tiene entre 4 mil millones a 8 mil millones de masas
solares de hidrógeno neutro, además de la mitad de ésa masa en la forma de hidrógeno
molecular. Mientras que el primero llega más allá del espacio ocupado por las estrellas -pero la
región central apenas tiene gas en ésa forma-, gran parte del segundo está concentrado en el
51 El Telescopio Espacial Spitzer de la NASA reveló la verdadera conformación del número de brazos de la Vía
Láctea 52 “The Long Bar in the Milky Way. Corroboration of an old hypothesis” por M. López-Corredoira, A. Cabrera-
Lavers, T. J. Mahoney, P. L. Hammersley, F. Garzón, C. González Fernández del Instituto de Astrofísica de
Canarias y Universidad de La Laguna, S/C de Tenerife, España
70
anillo mencionado antes, y -excepto en la región más interna de la Vía Láctea- la densidad de
hidrógeno molecular en la región central de la galaxia también es baja.53
Estudios recientes muestran que nuestra galaxia es atípica por no haber sufrido en los últimos 10
mil millones de años ninguna fusión importante con otra, en base a sus bajos momento angular,
metalicidad, tamaño, y número de estrellas, habiendo formado estrellas de manera bastante
constante y tenido una evolución tranquila, a diferencia de lo que ha sucedido con numerosas
otras galaxias espirales cómo Andrómeda, las cuales han adquirido su tamaño y masa actuales
debido a la absorción de numerosas galaxias menores. Esto también significa que una colisión
entre dos galaxias espirales puede no dar siempre lugar a una galaxia elíptica, sino a una galaxia
espiral mayor.54
Bulbo
El bulbo o núcleo galáctico se sitúa en el centro. Es la zona de la galaxia con mayor densidad de
estrellas. Sin embargo, a nivel local se pueden encontrar algunos cúmulos globulares con
densidades superiores. El bulbo tiene una forma esferoidal achatada y gira como un sólido rígido.
También al parecer, en nuestro centro galáctico, hay un gran agujero negro de unas 2,6 millones
de masas solares que los astrónomos denominaron Sagittarius A, o Sagitario A*. Su detección
fue posible a partir de la observación de un grupo de estrellas que giraban en torno a un punto
oscuro a más de 1.500 km/s.
Un estudio reciente muestra que nuestra galaxia un un 50% más de masa, de lo que se creía
anteriormente. Así, según los nuevos resultados, la Vía Láctea al ser 2 veces más masiva de lo
que se estimaba, la colocaría en una situación de igualdad con Andrómeda, una galaxia cercana y
hasta ahora considerada mucho mayor. “Que sea más masiva implica un mayor tirón
gravitacional, y por tanto un mayor riesgo de colisión en el futuro, con alguna de las galaxias
cercanas, incluida Andrómeda”, ha explicado Mark Reid, astrónomo estadounidense que ha
analizado los nuevos datos.55
LA GRANDEZA DE NUESTRO UNIVERSO
No podía concluir este capítulo sin mostrar la grandeza de nuestro Universo y lo pequeños que
somos en él, al comparar en diferentes escalas los planetas, sol y estrellas con diámetros
inclusive más grande que el tamaño de la órbita terrestre alrededor del sol.
Comenzaré mostrando una comparación de nuestro sistema solar.
53 Página web: How bright is the Milky Way? - An analytical derivation from absolute magnitude. 54 Página web: The Milky Way, an Exceptionally Quiet Galaxy: Implications for the Formation of Spiral Galaxies 55 La Vía Láctea gira mucho más rápido de lo que se creía. Noticia, El PAÍS abril 4 de 2010.
71
La figura No. 34, nos muestra la Tierra comparado con otros cuatro (Venus, Marte, Mercurio y
Plutón) y podemos observar que la tierra es el más grande de ellos, pensaríamos qué grande es la
Figura No. 34. La Tierra comparada con Venus, Marte, Mercurio y Plutón.
Tierra y realmente lo es, es nuestro hogar, pero sigamos por nuestro sistema solar y miremos la
figura No. 35, donde se compara el planeta más grande de nuestro sistema solar Júpiter con el
resto de los ocho planetas (Saturno, Urano, Neptuno, la Tierra, Venus, Marte, Mercurio y
Plutón), ya la Tierra no es más grande que una pelota de ping pon y Plutón apenas es un punto en
esta escala comparativa y sí terminamos esta comparación mostramos el sistema solar completo,
incluido el Sol, (figura No. 36), aquí Júpiter no es más grande que una pelota de tenis, la Tierra
pasa a ser un punto y Plutón apenas sería un pixel.
72
Figura No. 35. Júpiter comparado con Saturno, Urano, Neptuno, La Tierra, Venus, Marte,
Mercurio y Plutón.
Figura No. 36. Comparación del tamaño del Sol con los planetas de su sistema.
73
Sigamos esta comparación con los astros más grandes del Universo y podemos ver como el Sol
se va empequeñeciendo comparado con otras estrellas de mayor tamaño como Sirius, Pollux y Arturo, esta última, es la tercera estrella más brillantes de noche y que pertenece a la constelación del Pastor. Aquí el planeta gigante de Júpiter apenas aparece como un pixel, tal
como se muestra en la figura 37.
Finalmente en esta escala de comparación (figura No. 38), vemos como el Sol apenas es un pixel
ante el tamaño de Betelgeuse y Antares. Betelgeuse es estrella súper gigante, razón por la cual su
brillo es tan elevado a pesar de tener una temperatura superficial relativamente baja, su diámetro
es entre 419 a 580 millones de kilómetros, lo que la convierte en una de las estrellas más
grandes que se pueden observar. Si Betelgeuse estuviera situada en el centro de nuestro Sistema
Solar, su radio incluiría las órbitas de Mercurio, Venus y la Tierra. Antares por otra parte es una
estrella transformada en una gigante roja, el doble del tamaño de Betelgeuse ya próxima a su
muerte.
Figura No. 37. El Sol comparado con estrellas más grandes como Sirius, Pollux y Arturo.
74
Figura No. 38. El Sol comparado con las súper gigantes Betelgeuse y Antares.
En este capítulo, se ha querido mostrar la belleza y grandeza del Universo, explorado por el
hombre desde el mismo momento de tener conciencia de su existencia, mirando el Sol, la luna,
las noches mostrando el titilante fulgor del firmamento y seguramente pasarán miles o millones
de años quizás, antes que podamos entender todos los procesos que ocurren dentro de él, a pesar
de todos los esfuerzos que realicen los científicos. La razón principal: las grandes distancias que
separan sus diferentes componentes (súper cúmulos, cúmulos, galaxias, estrellas, etc.) y el
tiempo que transcurre para que la luz y/o energía emitidas en sus diferentes manifestaciones nos
llegue, ya que siempre estaremos realizando análisis del pasado y nunca en tiempo presente. Pero
esto para la mente humana siempre será un reto en busca de conocer el pasado y el futuro del
Universo.
75
APÉNDICE 1
ESCALA DE MAGNITUDES56
La escala de magnitudes proviene del siglo II antes de Cristo. Hiparco de Nicea estableció que
las estrellas más brillantes eran de primera magnitud y las más débiles observables a simple vista
eran de sexta magnitud. Esta escala se le dio una base matemática en el siglo XIX, donde se
estableció que una diferencia de 5 magnitudes le correspondía un valor de 100 en la diferencia de
brillo. En esta escala resultaron estrellas más brillantes que la de primera magnitud, así por
ejemplo Sirius que es la estrella más brillante del cielo tenía una magnitud negativa (-1.46).
En esta escala la diferencia entre una y otra magnitud le corresponde un valor de 2,512 (raíz
quinta de 100) menos brillante si es hacia arriba (por ejemplo la primera magnitud es más
brillante que la segunda magnitud) o más brillante si es hacia abajo la diferencia (por ejemplo la
quinta magnitud es menos brillante que la cuarta magnitud).
El telescopio espacial Hubble puede captar estrellas débiles de brillo de magnitud 28 (2,512²⁷
más débiles que las de magnitud 1).
En forma logarítmica se puede determinar la relación entre dos magnitudes aparentes (brillo
observado de dos estrellas) por la Ley de Pogson que establece:
m–n=-2,512Log(bm/bn) (20)
Dónde m y n son la magnitud de las estrellas involucradas y bm/bn es la relación entre los brillos
de ambas estrellas.
Ejemplo miremos cuantas veces brilla más la estrella de magnitud 1 con respecto a la de
magnitud 6:
m=1, n=6;
Log(b1/b6)=(1-6)/-2,5=2
b1/b2=100
La relación entre los brillos es interesante, por ejemplo el Sol posee una magnitud de – 26,8 y la
menos brillante perceptible a simple vista es de 6. Haciendo la operación siguiendo la Ley de
Pogson nos da que el Sol es más brillante 13,18 billones de veces, con relación a la estrella de
magnitud 6.
56 http://www.astrosurf.com/astronosur/estrellas1.htm
76
Existe otro valor que es la magnitud absoluta y es el brillo que presenta una estrella si se
observase desde una distancia de 10 pársecs o 32,5 años luz (un pársec son 3,25 años luz y se
calcula con la Ec 26). Esto nos permite comparar que tanto son brillantes las estrellas sin tener en
cuenta la distancia, es decir que tan brillantes son realmente.
Se calcula así:
M=m+5-5Log d (21)
o
M=m+5+5Log p (22)
Dónde M es la magnitud absoluta, m la magnitud aparente (observada), d es la distancia en
pársecs y p es el paralaje de la estrella en segundos.
Por ejemplo la magnitud absoluta del Sol es:
m=-26,8
d=4,8472x10¯⁶ parcecs
M=-26,8 + 5 + 5Log(4,8472x10¯⁶)
M=4,77
Es decir que el Sol visto desde una distancia de 10 pársecs aparecerá como una estrella de
magnitud 4,77
Este simple método tiene una doble importancia, por un lado se pueden comparar los verdaderos
brillos de las estrellas y por el otro se puede calcular la distancia a que se encuentra, midiendo su
brillo con bastante exactitud.
Es importante resaltar que la escala de magnitudes no permite que se sumen entre sí las
magnitudes de dos estrellas. En un sistema de estrellas dobles (sistema binario), que solo se
puede resolver con telescopio, la magnitud del sistema observado a simple vista, no es igual a la
suma de las magnitudes observadas por telescopio. Para ello hay dos formulas sencillas que
permite calcular la magnitud integrada de los dos componentes estelares binarios así:
Log(b1/b2)=(m1–m2)/-2,5 ( 23)
y
77
mt=m2–2,5Log(b1/b2+1) (24)
Dónde b1/b2 es la relación de brillo de las dos estrellas, m1 y m2 son las magnitudes de cada
estrella por separado y mt la magnitud total del sistema estelar binario.
La Ec 23 permite calcular la relación del brillo b1/b2 y una vez conocida se introduce en la EC
24 para calcular la magnitud total del sistema mt.
Ejemplo: calcular la magnitud total de un sistema binario donde la estrella más brillante tiene
una magnitud de 1 y la menos brillante de 3.
M1=1, m2=5
Log(b1/b2)=(1-5)/-2,5=1,6
B1/b2=39,81
mt=5 – 2,5Log(39,81 + 1)=0,973
Se puede observar que el sistema es más brillante que la estrella con más brillo por la
contribución de la estrella menos brillante, así sea mínima (la magnitud 0,973 indica que es más
brillante que la magnitud 1).
Otra manera de calcular mt es como se muestra en la Ec 25:
Mt=m2-2,5Log(2,512^(m2-m1) + 1)
(25)
Para medir las distancias a las estrellas, existen varias maneras de hacerlo, uno es el paralaje. Se
denomina paralaje a la diferencia de posición de un objeto visto desde dos puntos diferentes. En
este caso se utiliza los dos extremos de la órbita terrestre para medir la distancia a la estrella
deseada. Aquí la posición de la estrella vista desde un extremo de la órbita terrestre con relación
a la posición de la estrella en el otro extremo de la órbita terrestre, parece moverse levemente con
relación al fondo de estrellas mucho más lejanas.
A este paralaje se le denomina paralaje anual y es una diferencia realmente pequeña, pero
significativa y no supera el segundo de arco.
El cálculo de la distancia mediante este método, se da en la Ec 26.
d=(r/p)*206265 (26)
78
Dónde d es la distancia a la estrella, r es la distancia media de la Tierra al Sol (llamada también
(unidad astronómica o ua), p es el paralaje anual en segundos de arco y el número 206265 se
introduce porque el paralaje sea en grados y no en radianes (206265=3600
segundos*180/3.14159).
Mediante esta fórmula se obtuvo el valor de un pársec, que es la distancia para que el radio
medio de la órbita terrestre se observara como un ángulo de un segundo de arco (figura No. 50).
Su nombre se deriva del inglés parallax of one arc second (paralaje de un segundo de arco).
Esta distancia dio 3,25 años luz y es fácilmente comprobable mediante la Ec 26:
p=1 segundo de arco
r=149,5*10⁶ Kilómetros
d=149,5*10⁶*206265=3,08*10¹³ Kilómetros
1 año luz son 9,48*10¹² Kilómetros y d en años luz sería 3,25. A este valor se le dio el nombre de
un pársec.
Con la Ec 26, es posible medir distancias hasta de 400 años luz, debido a que la precisión para
medir el paralaje se pierde a mayores distancias.
Figura No. 39. Diagrama geométrico de la definición del pársec y hallado con la Ec 26
La siguiente explicación, nos da un mejor entendimiento del método del paralaje trigonométrico,
el más antiguo y extendido para determinar la distancia a las estrellas.
79
Puesto que el pársec es una distancia relacionada con la unidad astronómica (UA), se relaciona
con la tangente del ángulo en P (ver figura No. 39). Ahora bien, siendo π un ángulo muy
pequeño, del orden de hasta la milésima de segundo de arco, se comportará como una función
lineal de proporcionalidad inversa respecto a Δ. Es decir, a Δ doble, π se hace la mitad, pero si Δ
es la mitad, π será el doble, y así sucesivamente, de tal forma que la relación entre distancia y
paralaje se vuelve muy sencilla:
(27)
Dónde es la distancia en pársecs, y el paralaje en segundos de arco. De esta forma, medido
el paralaje de una estrella, no hay más que calcular su inversa para tener la distancia en pársecs.
Figura No. 39. Diagrama para entender el cálculo de la distancia a una estrella.
80
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81
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zu Berlin, Klasse fur Mathematik, Physik, und Technik (1916).
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40. XAVIER S. Fabienne. “Le cadran d’une montre image de’une heure visage de’un
temps”. Swissair Gazette., 1/1984.
41. ZIEGLER Albert. “Thoughts on time and its measurement”. Swissair Gazette., 1/1984.
82
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura No. 1. El Universo Profundo o Campo Ultra profundo…………….. 5
Figura No. 2. Reloj solar hecho en St. Rémy de Provence………………… 10
Figura No. 3. La Ergoesfera…………………………………………………. 23
Figura No. 4. Secuencia posible del nacimiento de un agujero negro………. 25
Figura No. 5. Estrellas gemelas observadas desde la tierra………………….. 26
Figura No. 6. Visualización artística de una estrella que se acercó demasiado
a un agujero negro súper masivo, siendo devorado por él…………………… 27
Figura No. 7. Visión artística de un agujero negro con disco de acreción…… 29
Figura No. 8. Representación de un agujero de gusano………………………. 31
Figura No. 9. La Gran Explosión y formación del Universo………………….. 33
Figura No.10. Representación grafica de la velocidad y distancia entre galaxias
dependiendo del valor de …………………………………………………….. 35
Figura No. 11. Expansión del Universo………………………………………… 39
Figura No. 12. El sistema Solar…………………………………………………. 41
Figura No. 13. Ciclo de vida del Sol…………………………………………….. 41
Figura No.14 La Tierra y la luna………………………………………………... 43
Figura No. 15. El telescopio espacial Hubble…………………………………... 44
Figura No. 16. Estación Espacial Internacional………………………………… 45
Figura No. No. 17. La Tierra vista desde el interior de la Estación Espacial
Internacional……………………………………………………………………. 46
Figura No. 18. Telescopio Espacial Spitzer con la Vía Láctea en el fondo
brillando en el infrarrojo (concepción artística)……………………………….. 47
Figura No. 19. La Galaxia del Sombrero o M104……………………………... 49
83
Figura No. 20. Nebulosa de la Hormiga o Nebula Mz3………………………. 50
Figura No. 21. Nebulosa Ojo de Gato o NGC 6543…………………………... 52
Figura No. 22. Nebulosa del Esquimal o NGC 2392………………………….. 53
Figura No. 23. Nebulosa NMyCn18 o Nebulosa Reloj de Arena…………….. 54
Figura No. 24. Nebulosa M16 o Nebulosa del Águila………………………... 55
Figura No. 25. Nebulosa del Cono o NGC 2264……………………………… 56
Figura No. 26. Fragmento de la Nebulosa del Cisne o M17………………….. 57
Figura No. 27. Dos galaxias arremolinadas la NGC 2207 y la IC 2163……. . 58
Figura No. 28. Nebulosa Trífida (también conocida como M20 o NGC
6514)…………………………………………………………………………… 59
Figura No. 29. Nebulosa del Anillo (también conocida como Objeto
Messier 57, Messier 57, M57 o NGC 6720)…………………………………… 60
Figura No. 30. Nebulosa RCW 79……………………………………………… 61
Figura No. 31. Nebulosa de la Roseta o NGC 2237…………………………… 62
Figura No. 32. Nebulosa de Orión, (también conocida como Messier 42,
M42, o NGC 1976)……………………………………………………………… 64
Figura No. 33. La Vía Láctea…………………………………………………… 65
Figura No. 34. La Tierra comparada con Venus, Marte, Mercurio y Plutón…... 69
Figura No. 35. Júpiter comparado con Saturno, Urano, Neptuno, la Tierra,
Venus, Marte, Mercurio y Plutón……………………………………………….. 69
Figura No. 36. Comparación del tamaño del Sol con los planetas de su
sistema…………………………………………………………………………… 70
Figura No. 37. El Sol comparado con estrellas más grandes como Sirius,
84
Pollux y Arturo………………………………………………………………….. 71
Figura No. 38. El Sol comparado con las súper gigantes Betelgeuse y
Antares…………………………………………………………………………... 72
Figura No. 39. Diagrama geométrico de la definición del pársec y hallado con la
Ec 26……………………………………………………………………………………………………………………………. 77
Figura No. 40. Diagrama para entender el cálculo de la distancia a una estrella 78
85
ÍNDICE
Página
PRÓLOGO…………………………………………………………………………….. 1
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………… 3
CAPÍTULO PRIMERO EL TIEMPO…………………………………………………. 7
La medida del Tiempo…………………………………………………………………. 7
¿Cómo se mide el tiempo?..………………………………………………………….... 7
Desarrollo del reloj…………………………………………………………………….. 8
El calendario…………………………………………………………………………… 11
Tabla No. 1 Desarrollo de medios y/o sistemas para medir el tiempo………………... 14
CAPÍTULO SEGUNDO LOS AGUJEROS NEGROS……………………………….. 16
¿Qué es un agujeros negros?…………………………………………………………... 16
Cálculo matemático para que se conforme un agujero negro………………………… 18
Tabla No. 2 Masas y radios de cuerpos celestes para convertirse en agujeros negros.. 20
Horizonte de sucesos de un agujero negro…………………………………………….. 20
Tabla No.3 Radio de Schwarzschild para algunos cuerpos celestes…………………… 21
El modelo de Kerr………………………………………………………………………… 23
La Ergoesfera…………………………………………………………………………….. 23
Creación de una estrella de neutrones…………………………………………………… 25
Detección de un agujero negro…………………………………………………………… 26
Clasificación teórica de un agujero negro……………………………………………….. 27
CAPÍTULO TERCERO EL UNIVERSO Y LA TIERRA…………………..…………… 32
86
El Universo en expansión……………………………………………………………….. 32
El Universo sin límites…………………………………………………………………… 34
Vestigios de la Gran Explosión…………………………………………………………... 36
Posibles respuestas a algunos interrogantes……………………………………………… 37
Nuestro sistema solar…………………………………………………………………….. 40
CAPÍTULO CUARTO CONOCIENDO NUESTRO UNIVERSO A TRAVÉS DE LOS
TELESCOPIOS ESPACIALES HUBBLE Y SPITZER………………………………… 44
El telescopio espacial Hubble……………………………………………………………. 44
El telescopio espacial Spitzer……………………………………………………………. 45
Viajando por el Universo………………………………………………………………… 48
APÉNDICE UNO ESCALA DE MAGNITUDES………………………………………. 73
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………… 77
LISTA DE FIGURAS…………………………………………………………………… 79
ÍNDICE………………………………………………………………………………….. 82
87
88
89
VICEALMIRANTE ® JOSÉ WILLIAM PORRAS FERREIRA
Nació en Girardot Cundinamarca, ingresó a la Escuela Naval “Almirante Padilla” en enero de
1964 y se graduó como Teniente de Corbeta Ejecutivo Superficie- en junio de 1968 con el
primer puesto de su promoción y se retiró de la Armada Nacional en marzo de 2002.
En la Armada Nacional se desempeñó en diferentes unidades a flote y en tierra, entre otros los
siguientes ARC “Gloria” Jefe de Navegación y Jefe Departamento de Operaciones, Segundo
Comandante del ARC “Independiente” y ARC “Antioquia”, Comandante del ARC “Socorro” y
ARC “Independiente”, Comandante de la Flotilla de Superficie, Comandante de la Base Naval
ARC “Bolivar”, Subdirector y Director de la Escuela Naval “Almirante Padilla”, Jefe de Estado
Mayor Naval, Jefe de Operaciones Navales y Segundo Comandante de la Armada Nacional y
Agregado de Defensa ante la Comunidad Europea, siendo éste su último cargo antes de su retiro.
Fue miembro de la comisión del gobierno colombiano en Alemania, durante la construcción de
las fragatas ligeras misileras (FS 1500), en los astilleros HDW Kiel, Alemania (1980-1982).
Gerente del Proyecto del recorrido decenal de las fragatas ligeras misileras (1997-2000) y
Gerente del proyecto de reactivación del Astillero Naval hoy COCTEMAR (1997-1998).
Obtuvo el título de Ingeniero Naval especialidad Electrónica en la Escuela Naval en Cartagena.
También ha realizado estudios en diferentes Institutos y Universidades del país y de Estados
Unidos tales como: Universidad Militar Nueva Granada, Especialista en Geopolítica, Escuela de
Administración de negocios, Alta Gerencia, Universidad de los Andes, Presidencia de
Empresas, Universidad de Postgrados Naval de los Estados Unidos (Naval Postgraduate School),
en Monterey, California, obtuvo dos títulos: Master en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica e
Ingeniero (EE) en Ingeniería Eléctrica y en New Port (Road Island, EE. UU.) Jefe Departamento
Destructores.
En reconocimiento a sus logros académicos en el área de la Ingeniería Eléctrica en Estados
Unidos, la Asociación científica ETA KAPPA NU lo premió, haciéndolo miembro de ella.
Igualmente la Armada Nacional lo distinguió con el distintivo de Investigador Científico. Es
miembro de mérito de la Fundación Carlos III sede Madrid España. Actualmente es miembro de
la Red de Investigadores del Caribe.
La alcaldía de Cartagena le otorgó la Medalla Cívica de Cartagena, el Concejo de Cartagena la
Medalla Cartagena Patrimonio Histórico y Cultural de la Humanidad, la Cámara de
Representantes la condecoración Gran Cruz, el Senado de la República la de Gran Oficial y el
Gobierno Nacional la Cruz de Boyacá, en reconocimiento a sus ejecutorias.
Después de su retiro y mediante un concurso de meritocracia, fue nombrado primer Gerente de
Transcaribe, gerencia que maneja el proyecto para el transporte masivo público para la ciudad
de Cartagena, habiendo sido enviado por el Gobierno Nacional a Tanzania África para exponer
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este proyecto y posteriormente ocupó la Rectoría de la Universidad Los Libertadores, Sede
Cartagena.
Ha escrito varios artículos científicos y de interés general, así como el libro “Colombia Merinera,
Hacia una cultura y Mentalidad Marítima” ISBN: 958-33-1050-6.
Actualmente trabaja en la industria privada como consultor.
