Obsesión por el Cielo

Obsesión por el Cielo - #652

Las Perturbaciones Gravitacionales en la Astronomía. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre los fenómenos en la astronomía que no pueden ser explicados por una simple interacción gravitacional entre dos cuerpos celestes. Existen muchas situaciones en las que uno o más objetos (plantas, lunas, etc.) pueden afectar muy sutilmente el movimiento de otros cuerpos en el Sistema Solar. En estos casos las leves interacciones gravitacionales pueden eventualmente alterar significativamente el sistema. Observaciones de estos fenómenos nos han llevado a nuevos descubrimientos y nuevas interpretaciones de la naturaleza. El ejemplo clásico es el descubrimiento de Neptuno por las perturbaciones gravitacionales que este planeta causaba a la órbita de Urano. Igualmente, perturbaciones en el perihelio de Mercurio llevó, no al descubrimiento de un nuevo planeta (que hasta estaban llamando Vulcano), sino a la confirmación de la Relatividad de Einstein. Las resonancias gravitacionales pueden ser consideradas como otro tipo de perturbaciones gravitacionales. En este caso el alineamiento periódico de objetos celestes debido a relaciones numéricas enteras entre los períodos de los objetos causa que ciertas regiones sean vaciadas de objetos. Como ejemplo tenemos la División de Cassini en el sistema de anillos de Saturno que es causada por una resonancia orbital con la luna Mimas, y los Espacios de Kirkwood en el Cinturón de Asteroides que son regiones donde casi no hay estos objetos debido a una resonancia orbtial con el planeta Júptier. Otros ejemplos de perturbaciones gravitacionales pueden tener origen no gravitacional, como lo es la acción de la pérdida de masa de los cometas en forma de jets, o la fricción atmosférica en un satélite. De estas y otras perturbaciones gravitacionales platicamos en el programa. Ofrecemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #651

Las Mareas de la Tierra. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre el efecto gravitacional de las mareas sobre los océanos de la Tierra. Comenzamos con un poco de historia de nuestra progresión del conocimiento sobre este fenómeno. La coincidencia de las mareas altas en las costas de la Tierra con la presencia de la Luna alta en el horizonte fue siempre conocida desde la Antigüedad. No fue hasta que Isaac Newton formalizó el concepto de la fuerza de la gravedad que tuvimos las herramientas para poder entender y cuantificar este fenómeno. No solamente la Luna causa dos mareas altas y dos bajas al día, sino que también el Sol lo hace en menor grado. La combinación de la posición de la Luna alrededor de la Tierra y la del Sol causa mareas muy altas (mareas vivas) cuando se encuentran los astros en sicigia (Luna Nueva y Luna Llena), y mareas muy bajas (mareas muertas) cuando la Luna se encuentra a 90º en el cielo del Sol. A esto agregamos las complicaciones de que las órbitas de la Luna alrededor de la Tierra y de la Tierra alrededor del Sol no son circulares (variando distancias), que el eje de rotación de la Tierra y el plano de la órbita lunar están inclinados con respecto a la Eclíptica, y que las configuraciones y profundidades de las costas terrestres varían mucho. Esto resulta en grandes dificultades para predecir mareas en forma teórica. Hay que apoyarnos en observaciones empíricas locales para poder refinar nuestros modelos de las mares. Este fenómeno de mareas entre la Tierra y la Luna ha causado que la Luna ahora gire sobre su eje con el mismo período con el que viaja alrededor de la Tierra (mostrando siempre la misma cara) y poco a poco sigue disipando energía de la Tierra a la Luna, alejando lentamente a la Luna de la Tierra y frenando la rotación terrestre. Ofrecemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #650

Pruebas que Confirman la Teoría de la Relatividad de Einstein. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre los experimentos y las observaciones que han comprobado tanto la Teoría Espacial como la General de la Relatividad propuestas por Albert Einstein hace 100 años. Comenzamos recordando que en 1905 Einstein postuló que, si las leyes de la física son invariantes en cualquier marco de referencia y la velocidad de la luz es constante, varios fenómenos físicos tales como la dilatación del tiempo, la contracción del objeto, la equivalencia entre masa y energía y otros más serían observables. Esta fue la Teoría Especial de la Relatividad que opera a velocidades cercanas a la luz. Diez años después generalizó estas ideas en situaciones donde la presencia de masa es también grande. En su Teoría General ahora trata al espacio como una combinación del espacio y el tiempo, y podemos observar y explicar otros fenómenos como los lentes gravitacionales, corrimientos al rojo de la luz y dilatación del tiempo en presencia de fuertes campos gravitacionales. Con el paso de los años la Teoría de la Relatividad de Einstein ha superado todas las pruebas y observaciones que se han propuesto. En el programa comentamos sobre algunos de los experimentos y observaciones que se han realizado y que confirman las ideas de Einstein. Comenzamos con mediciones de la constancia de la velocidad de la luz sin importar el marco inercial y la existencia de la dilatación del tiempo (tanto inercial como gravitacional). Seguimos platicando sobre las observaciones astronómicas que son exitosamente modeladas por la Teoría de Einstein, como  la existencia de lentes gravitacionales a varias escalas y la precesión del perihelio de Mercurio y el periastron de pulsares binarios. También comentamos como es indispensable utilizar la teoría de la Relatividad de Einstein en el diseño de la red de satélites de posicionamiento global (GPS) y otras instancias donde estas ideas son esenciales para la comprensión del Universo. Ofrecemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #646

¿Qué son las Ondas Gravitacionales? En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre la naturaleza y el descubrimiento de las ondas gravitacionales. Decidimos presentar este tema a raíz del anuncio el 11 de febrero de este año de la detección por primera ocasión en la historia de ondas gravitacionales en los observatorios LIGO en los Estados Unidos. Estas ondas gravitacionales fueron producidas hace 1,300 millones de años por la fusión de dos hoyos negros. Fueron detectadas en la Tierra como minúsculas deformaciones del espacio, menos del diámetro de un protón, siguiendo un patrón más o menos esperado según modelos actuales de ese tipo de fenómenos. Esto es de gran importancia para la ciencia. No solamente comprueba de nuevo la validez de la teoría de la relatividad de Einstein propuesta en 1916, sino que también demuestra la existencia de hoyos negros de decenas de veces la masa del Sol y abre una nueva ventana de observación del Universo. Comenzamos el programa con esta noticia para luego continuar dando una breve introducción a lo que son las ondas gravitacionales y cómo es que se manifiestan en la naturaleza. En la segunda parte del programa nos avocamos a comentar un poco sobre la historia de nuestro conocimiento de las ondas gravitacionales. Comentamos los primeros intentos de detectarlas, tratamos de explicar el mecanismo por el cual el observatorio LIGO opera para “escuchar” estas ondas y vemos un poco al futuro de lo que este descubrimiento significa y los próximos observatorios de ondas gravitacionales, tanto terrestres como espaciales. Seguramente este descubrimiento inspirará a otros científicos a acelerar el paso del estudio de las ondas gravitacionales. Ofrecemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #628

Detectando Rayos Cósmicos. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre la naturaleza de los llamados “rayos cósmicos”. Estas son partículas de materia ordinaria (protones y núcleos de helio en particular) que viajan por el espacio a velocidades relativistas (cercanas a la de la luz). Cuando estas partículas chocan con la atmósfera terrestre producen una “cascada” de partículas subatómicas (electrones, positrones, piones, etc.) y fotones que llegan hasta la superficie. Estas partículas secundarias pueden ser detectadas con varios instrumentos y de sus características podemos inferir la energía y dirección del rayo cósmico que originalmente impactó a nuestra atmósfera. En el espacio los rayos cósmicos pueden ser detectados directamente también. El origen de los rayos cósmicos es hasta cierto punto incierto, aunque se asume que provienen de los eventos más violentos del Universo, como lo son explosiones de supernova, núcleos activos de galaxias, destellos de rayos gama, etc.. Además estas partículas, teniendo carga eléctrica, son afectadas también en su trayectoria por los campos magnéticos del Universo, ya sean galácticos, estelares, o planetarios. Esto hace que su punto de origen no pueda ser determinado con precisión en ocasiones. La historia del estudio de los rayos cósmicos es relativamente reciente, comenzando a principios del siglo pasado. En el programa delineamos los puntos importantes de esta historia, exploramos la naturaleza de este fenómeno, las formas en que los detectamos, y lo que nos dice del Universo en sí. Ofrecemos además nuestras secciones informativas de costumbre.

Obsesión por el Cielo - #600

Albert Einstein y la Teoría de la Relatividad. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre los logros del famoso científico Albert Einstein. Hablamos un poco sobre su vida y nos concentramos en tratar de explicar dos de sus trabajos más importantes en la física: la Teoría Especial de la Relatividad y la Teoría General de la Relatividad. La Teoría Especial de la Relatividad fue publicada en 1905, su “año maravilloso” en el que también publicó una explicación para el Movimiento Browniano y el Efecto Fotoeléctrico (por el que ganó el Premio Nobel en 1921). Esta teoría postula que las leyes de la física son las mismas para cualquier marco de referencia que sea tomado y que la velocidad de la luz es finita y la misma para cualquier observador en cualquier marco de referencia. Es “especial” porque se limita a explicar fenómenos en situaciones de baja gravedad y un espacio-tiempo plano (sin deformaciones producidas por la presencia de masa). Básicamente esto hace que el tiempo sea una variable “deformable” y que pase a diferente ritmo para diferentes observadores. De aquí se explican situaciones como la Dilatación del Tiempo, Contracción de los Objetos en la dirección del movimiento, la existencia de Masas Relativistas, la famosa ecuación de E=mc^2, y otros efectos. La Teoría General de la Relatividad fue publicada en 1916 y “generaliza” los casos a situaciones donde la fuerza de gravedad es alta. Ahora la gravedad no es una fuerza, como lo explica Newton, sino una deformación del espacio causada por la presencia de masa. En este caso la caída libre de un objeto, antes atribuida a la fuerza gravitacional, es simplemente un movimiento inercial (sin fuerza) natural del objeto. Con esto Einstein sus Ecuaciones de Campo en las que demuestra que el espacio-tiempo tiene curvatura causada por la interacción con la presencia de masa. Con esta teoría se explican una serie de fenómenos primordialmente astrofísicos como lo es la Precesión del Perihelio en la órbita de Mercurio (observado con anterioridad), la Deflexión de la Luz cuando viaja cerca de objetos masivos (demostrado por Edington en un eclipse solar en 1919), el Corrimiento al Rojo Gravitacional de la Luz, el que los relojes marcan el tiempo más lentamente dentro de campos gravitacionales, el decaimiento de órbitas por pérdida de energía en forma de Ondas Gravitacionales (que todavía no se han observado), la Expansión del Universo y otros fenómenos igualmente fascinantes como los Hoyos Negros. Ofrecemos además nuestras secciones informativas de costumbre.

Obsesión por el Cielo - #595

La Espectroscopía en la Astronomía. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos en general sobre la naturaleza de la luz, o la radiación electromagnética, y la forma en que podemos estudiarla para conocer la composición química de los objetos en el Universo. Recordemos que la astronomía es una ciencia casi puramente observacional. Es muy difícil hacer experimentos astronómicos y estamos limitados a “ver” el cielo sin poder tocar los objetos que estudiamos. Por lo tanto es indispensable conocer a la perfección lo que es la radiación electromagnética y saber estudiarla de tal manera que pueda revelar los secretos de los objetos que la emite. Una de las técnicas más importantes que utilizamos es la llamada “espectroscopía”. En esta técnica separamos a la radiación electromagnética en sus distintas longitudes de onda (colores) y las estudiamos meticulosamente buscando un patrón de ausencia o exceso de colores particulares. Estos patrones se relacionan íntimamente con la composición de los objetos que la emiten o los objetos por donde atraviesa la luz en su camino a la Tierra. Cada elemento y compuesto molecular tiene un patrón de absorción y emisión de colores único y distinto de los demás. Esto nos permite estudiar el objeto a distancia y conocer algunas de sus propiedades más importantes como es la composición química, la temperatura y presión del gas y la velocidad con que se aleja o acerca a nosotros. Explicamos un poco esta técnica y damos ejemplos de su uso en la astronomía. Tenemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #589

La Astrofísica en la Película “Interestelar”. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos un poco sobre la película “interestelar” y tratamos de entender algunas de sus posturas científicas y tecnológicas. Esta filme fue muy taquillero a finales del 2014 pero las críticas fueron variadas. Mientras a algunos les gustó mucho a otros no les gustó nada. En especial varios científicos expresaron tanto admiración como crítica de la ciencia en la que se basa la película. Muy anunciado fue el hecho de que el famoso físico teórico Kip Thorne fue consultor en la realización de la película y encargado de que toda la ciencia fuera posible. No permitió, por ejemplo, que las naves viajaran a velocidades superlumínicas. Además él realizó los cálculos necesarios para que el agujero de gusano y el hoyo negro supermasivo, que son las “estrellas” de la película, fueran visualizados de la manera más ‘realista’ posible. Sin embargo, como en toda producción de Hollywood, a veces se exageran algunos puntos para poder avanzar la trama de la película. Si bien algunas de las propuestas son matemáticamente posibles, esto no quiere decir que en la realidad sucedan. En la película así tenemos pues el mismo agujero de gusano (que necesita de energía negativa para mantenerse abierto), el planeta tan cercano al hoyo negro que la diferencia en el paso del tiempo con respecto al espacio exterior es de siete años por cada hora transcurrida en la superficie (y que de paso tiene mareas enormes), y la existencia de un teserato dentro del hoyo negro supermasivo. En fin, tiene sus puntos buenos y malos. A mí en lo particular me gustó el hecho de que los protagonistas sean científicos y los efectos visuales fueron extraordinarios. Cada uno tiene su propio punto de vista. Tenemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #587

La Astronomía Infrarroja. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre las observaciones astronómicas que se realizan en longitudes de onda infrarrojas. Comenzamos repasando up poco acerca del espectro electromagnético y la región donde encontramos estas longitudes de onda, próximas al color rojo visible. Aunque William Herschell descubrió esta región del espectro, no fue hasta mediados del siglo pasado que las primeras observaciones astronómicas comienzan a ser realizadas. La luz infrarroja es emitida por cuerpos más fríos que las estrellas en el espacio y las podemos utilizar para observar con mayor claridad regiones de formación de estrellas, estrellas frías, asteroides, planetas, polvo interestelar, etc. La observación en longitudes de onda infrarroja puede requerir de técnicas especiales ya que todo objeto con temperatura emite cierta cantidad de luz infrarroja. Observar longitudes de onda un poco más largas que el rojo no es difícil y se puede hacer con equipo convencional, pero a medida que aumentamos la longitud de onda tenemos de que enfriar nuestros instrumentos cada vez más y utilizar técnicas de restado de señal en las imágenes. En el llamado infrarrojo medio y lejano ya es necesario enfriar el equipo con nitrógeno y hasta helio líquidos (¡ T < -265 C ¡) para evitar la saturación de la señal por el calor que emiten nuestros propios instrumentos y la atmósfera. Tenemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #560

Astronomía de Rayos X y Rayos Gama. En este programa grabado de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre lo que aprendemos del Universo observando las radiaciones de rayos X y rayos gama que nos llegan del espacio. Estas son radiaciones electromagnéticas de muy alta energía que no son fáciles de registrar en la Tierra debido a que la atmósfera las bloquea. Necesitamos de naves espaciales, o por lo menos globos estratosféricos, para poderlas detectar. Esto hace que la astronomía de altas energías, como es llamada esta rama de la ciencia, sea relativamente nueva, con las primeras observaciones ocurriendo en los inicios de la década de 1960. Ahora una gran flotilla de observatorios especializados de rayos X y rayos gama (Chandra, SWIFT, XXM-Newton, Fermi, etc.) nos han abierto una ventana por la cual podemos estudiar los eventos más violentos del Universo. Entre ellos se encuentran las estrellas binarias donde un objeto es una estrella compacta que absorbe material de otra estrella normal, los hoyos negros, las estrellas de neutrones, las supernovas y sus remanentes, los núcleos de galaxias activas, y los misteriosos destellos de rayos gama. Ofrecemos, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #545

La Materia y la Antimateria en el Universo. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos con nuestro invitado especial de la semana, Pablo Lonnie Pacheco de la Sociedad Astronómica del Planetario Alfa y de astronomos.org, sobre las características de lo que popularmente llamamos antimateria. En realidad es materia normal en el sentido de que obedece las mismas leyes de las fuerzas de la naturaleza. Su distinción principal es que tiene todas sus propiedades opuestas a las de las partículas de materia con las que se asocian. En otras palabras, cada partícula subatómica que conocemos tiene su correspondiente “antipartícula”; así el electrón tiene al positrón, el protón al antiprotón, el neutrino al antineutrino, etc. Una particularidad importante es que las partículas y antipartículas que lleguen a estar en contacto se eliminan mutuamente convirtiendo toda su masa en energía. Igualmente se crean partículas y sus correspondientes antipartículas convirtiendo grandes cantidades de energía en masa a través de varios procesos energéticos. Estos procesos incluyen la colisión de rayos gama con la atmósfera terrestre, la colisión de jets de materia que viaja a velocidades relativistas con el medio interestelar, hasta en las tormentas eléctricas en la Tierra. Extrañamente el Universo parece estar construido primordialmente con materia, existiendo muy poca antimateria que es creada en procesos energéticos y casi inmediatamente transformada. Esta asimetría en las leyes cuánticas de formación de pares de partículas aún no se ha explicado y es una de las grandes preguntas por resolver en la cosmología. Ofrecemos también, como es costumbre, nuestras secciones informativas.

Obsesión por el Cielo - #525

Tipos de Hoyos Negros. En este programa en vivo de “Obsesión por el Cielo” platicamos sobre los hoyos negros en general y las características de los diferentes tipos de hoyos negros que sabemos o sospechamos que puedan existir. Un hoyo negro se forma cuando compactas una gran cantidad de materia en un espacio muy pequeño. Tan pequeño que ninguna fuerza del Universo pueda impedir que la gravedad de la masa concentrada lo siga compactando eternamente. Se dice que esta masa ocupa un punto en el espacio (volumen de cero) y la llamamos una Singularidad. La velocidad de escape de esta singularidad es mayor que la velocidad de la luz dentro de una distancia que le llamamos el Radio de Schwarzchild y por lo tanto nada puede escapar, ni siquiera la luz. Finalmente tenemos, a esta misma distancia, una “membrana” invisible que llamamos el Horizonte de Eventos que define la frontera entre nuestro Universo y el hoyo negro. Las leyes de física que operan en nuestro Universo ya no aplican dentro del horizonte de eventos. Los hoyos negros se agrupan principalmente por su masa. Existen los hoyos negros “normales” de masa estelar que se forman en las explosiones de estrellas varias veces más masivas que nuestro Sol. Los hoyos negros supermasivos contienen millones de veces la masa de nuestro Sol y los encontramos en los centros de galaxias. Los hoyos negros de masa intermedia entre los estelares y supermasivos son aún un constructo hipotético ya que no hemos encontrado ninguno, y los hoyos negros microscópicos supuestamente se formaron durante los primeros instantes del Big Bang; aunque tampoco se han encontrado. Finalmente los hoyos negros, aparte de masa, deben tener además una rotación tan rápida que deforman el espacio que los rodea; y para hacer el asunto aún más complicado pueden tener también carga eléctrica. Tenemos además, como es costumbre, nuestras secciones informativas.