Conceptos astronómicos
En astronomía los vacíos son los espacios entre filamentos, la estructura de mayor escala en el Universo, que contiene muy pocaso ninguna galaxia. Fueron descubiertos por primera vez en 1978 durante un estudio pionero llevado a cabo por Stephen Gregory yLaird A. Thompson en el Observatorio Nacional de Kitt Peak.1 Los vacíos tienen normalmente un díametro que va desde 11 a 150Mpc; particularmente, nos referimos a los vacíos grandes, definidos por la ausencia de ricos supercúmulos, como supervacíos. Los vacíos que se encuentran en entornos de alta-densidad son más pequeños que los situados en los espacios de baja-densidad del universo.2
Se cree que los vacíos se formaron debido a la oscilación acústica de bariones en el Big Bang a causa del colapso de masas seguido de implosiones de materia comprimida de bariones. El exterior de los vacíos es lo que queda de los choques frontales que se ocasionarion debido a este proceso. El desacoplamiento de la materia respecto a la radiación cuando el universo se volvió transparente "congeló" los vacíos y los choques frontales.
Ese inmenso vacío en que parecen flotar los planetas y las estrellas, ¿está vacío realmente? En siglos anteriores se habló del éter que todo lo llenaba. Hoy los científicos hablan de materia oscura. Los secretos del universo, aunque cada vez más cercanos, siguen asombrándonos.
Es clásica en las novelas y en la filmografía la tenebrosa imagen de un astronauta que, desconectado de su nave, se pierde en línea recta hacia el confín estrellado, silente, vacío y gélido de la bóveda celeste.
Cuando imaginamos el espacio estelar, lo creemos conformado por estrellas luminosas que, a modo de diminutas y lejanas partículas densas, están rodeadas de un fondo azulado, vacío y oscuro. Pero ese inmenso vacío azulado en que parecen flotar los planetas y las estrellas como imperturbables rocas viajeras, ¿es realmente vacío?
La realidad es que ni los componentes de los sistemas estelares son tan densos como parece ni a la materia sobre la que flotan se le puede llamar realmente vacío.
A modo de ejemplo puede decirse que hay planetas como Júpiter que son más bien como una gelatina gaseosa. Hay también zonas en el espacio conformadas por inmensos vacíos, como el «vacío de Bootes», hallado en 1981 en la constelación de Bootes (El Pastor), cuya dimensión es de unos 275 millones de años luz (*). Nuestro enigmático universo, aunque partió de una compacta y homogénea masa casi puntual, se ha ido expandiendo y conformando de modo que es como un gran queso de gruyer, como una esponja con materia hecha jirones, que son las mismas galaxias, planas y alabeadas, y de grandes vacíos intermedios. No obstante, con el paso del tiempo se demostró que el gran vacío de Bootes estaba surcado, aunque mínimamente fuera, de algunas diminutas galaxias.
En los albores de la ciencia que ahora conocemos, desde el siglo XVII se creía que el espacio era «algo vacío», y que allí no había nada. Esta abstracción teórica ahorraba esfuerzos y dificultades a la hora de explicar el fenómeno de la rotación de los planetas. Pero la realidad era que los cuerpos celestes flotaban o giraban inmersos en algún medio material.
Posteriormente, se pensó en un espacio no totalmente vacío, sino conformado por el éter, y este fue considerado como algo elástico que podía deformarse sin límite físico, e incompresible, que podía por lo tanto ser sometido a presiones infinitas sin destruirse. Las partículas del éter, si es que las poseía –pues apenas se definía formalmente–, se suponían puntuales, con apenas dimensión física, y aunque ello era cómodo para que los astrónomos y cosmólogos pudieran simular el comportamiento del cosmos y calcular velocidades y rotaciones de los planetas sin tener que calcular rozamientos ni suponer efectos eléctricos y magnéticos que no eran bien conocidos, esta simulación tan simple obligaba, en cambio, a creer en un material no conocido por la física, y añadía la inseguridad de trabajar con un material del que no se sabe bien ni su origen ni su funcionamiento.
Cuando se demostró en los años veinte del siglo pasado la teoría de que toda radiación, como por ejemplo la luz, era a la vez onda y partícula, se pensó en la luz como algo que surca el medio sin necesitar explicar qué medio era ese. El éter ya no hizo falta para explicar nada y quedó relegado al olvido.
Es clásica en las novelas y en la filmografía la tenebrosa imagen de un astronauta que, desconectado de su nave, se pierde en línea recta hacia el confín estrellado, silente, vacío y gélido de la bóveda celeste.
Cuando imaginamos el espacio estelar, lo creemos conformado por estrellas luminosas que, a modo de diminutas y lejanas partículas densas, están rodeadas de un fondo azulado, vacío y oscuro. Pero ese inmenso vacío azulado en que parecen flotar los planetas y las estrellas como imperturbables rocas viajeras, ¿es realmente vacío?
La realidad es que ni los componentes de los sistemas estelares son tan densos como parece ni a la materia sobre la que flotan se le puede llamar realmente vacío.
A modo de ejemplo puede decirse que hay planetas como Júpiter que son más bien como una gelatina gaseosa. Hay también zonas en el espacio conformadas por inmensos vacíos, como el «vacío de Bootes», hallado en 1981 en la constelación de Bootes (El Pastor), cuya dimensión es de unos 275 millones de años luz (*). Nuestro enigmático universo, aunque partió de una compacta y homogénea masa casi puntual, se ha ido expandiendo y conformando de modo que es como un gran queso de gruyer, como una esponja con materia hecha jirones, que son las mismas galaxias, planas y alabeadas, y de grandes vacíos intermedios. No obstante, con el paso del tiempo se demostró que el gran vacío de Bootes estaba surcado, aunque mínimamente fuera, de algunas diminutas galaxias.
En los albores de la ciencia que ahora conocemos, desde el siglo XVII se creía que el espacio era «algo vacío», y que allí no había nada. Esta abstracción teórica ahorraba esfuerzos y dificultades a la hora de explicar el fenómeno de la rotación de los planetas. Pero la realidad era que los cuerpos celestes flotaban o giraban inmersos en algún medio material.
Posteriormente, se pensó en un espacio no totalmente vacío, sino conformado por el éter, y este fue considerado como algo elástico que podía deformarse sin límite físico, e incompresible, que podía por lo tanto ser sometido a presiones infinitas sin destruirse. Las partículas del éter, si es que las poseía –pues apenas se definía formalmente–, se suponían puntuales, con apenas dimensión física, y aunque ello era cómodo para que los astrónomos y cosmólogos pudieran simular el comportamiento del cosmos y calcular velocidades y rotaciones de los planetas sin tener que calcular rozamientos ni suponer efectos eléctricos y magnéticos que no eran bien conocidos, esta simulación tan simple obligaba, en cambio, a creer en un material no conocido por la física, y añadía la inseguridad de trabajar con un material del que no se sabe bien ni su origen ni su funcionamiento.
Cuando se demostró en los años veinte del siglo pasado la teoría de que toda radiación, como por ejemplo la luz, era a la vez onda y partícula, se pensó en la luz como algo que surca el medio sin necesitar explicar qué medio era ese. El éter ya no hizo falta para explicar nada y quedó relegado al olvido.
El cuarto estado de la materia
Actualmente sabemos que nuestro universo no es muy homogéneo, sino indefectiblemente asimétrico, aparentemente incoherente y sin sentido cuando se mira con ojos simples. Sabemos que se expande a gran velocidad y ello nos hace plantearnos si generará con el tiempo grandes huecos, zonas donde reine un vacío físico. Pero como la «nada» no es posible, no puede existir algo totalmente vacío. Como tampoco creían que el universo pueda expandirse eternamente, los científicos empezaron a pensar en la posible existencia de una materia no visible por nuestros medios actuales que, además de ocupar el espacio interestelar, por su atracción gravitatoria frenara poco a poco la expansión de las galaxias y llegaran en algún momento a frenarla del todo. A dicha materia, sin embargo detectable por sus efectos gravitatorios, se le llamó materia oscura, y apenas hemos hallado una mínima parte de la que debe existir teóricamente en el universo.
Los últimos pasos científicos permitieron descubrir en 1904 por el astrónomo alemán J.F. Hartmann, en el centro de las lejanas galaxias, nubes de gas muy tenue, que se intensificaban en los bordes de las mismas; finalmente, a partir de 1968, se hallaron en el corazón de las galaxias moléculas de oxígeno, nitrógeno, de agua, de amoníaco, de hidrocarbonos, etc., hallazgos que se han intensificado en los últimos años. Pero una cadena de descubrimientos, partiendo ya desde el americano William Wilson en 1951, llevó a encontrar unos átomos de hidrógeno cargados eléctricamente.
Este especial descubrimiento confirmó que el «vacío» está formado por pequeñas partículas de materia capaces de conducir excelentemente la electricidad, que podemos considerar como un tipo de materia especial, en el estado de plasma. Dicho estado, llamado cuarto estado de la materia, más allá de los gases, consiste en partículas muy disociadas, tal vez en el último estado posible de división atómica, generalmente conformado por átomos de hidrógeno y helio que han perdido sus electrones, a los que se llama entonces «iones». Con muchas limitaciones y dificultades podemos reproducir este estado calentando un gas a altísimas temperaturas similares a las de las reacciones de fusión nuclear. Por lo tanto, los avances científicos consideran un espacio no solo pleno de materia, aunque no la podamos percibir, sino además surcado por corrientes energéticas.
Pero entonces, ¿es la materia oscura lo que siempre se llamó éter? ¿Es el plasma equivalente al antiguo éter?
El éter como se consideró antaño no pasó de ser una abstracción teórica que había tomado su nombre del concepto esotérico más profundo de la existencia de un «quinto elemento» o Éter, que era un paso evolutivo más allá de los elementos actualmente conocidos de Tierra, Agua, Aire y Fuego (**). Pero ello no invalida la idea de que exista cierto grado de materia que inunda el aparente vacío. En este sentido, el plasma supone un avance en la explicación física de una sustancia imperceptible que llena lo que antes se consideró vacío, y ello está de acuerdo con el pensamiento lógico de la filosofía de que la «nada absoluta» como tal no puede existir.
Actualmente sabemos que nuestro universo no es muy homogéneo, sino indefectiblemente asimétrico, aparentemente incoherente y sin sentido cuando se mira con ojos simples. Sabemos que se expande a gran velocidad y ello nos hace plantearnos si generará con el tiempo grandes huecos, zonas donde reine un vacío físico. Pero como la «nada» no es posible, no puede existir algo totalmente vacío. Como tampoco creían que el universo pueda expandirse eternamente, los científicos empezaron a pensar en la posible existencia de una materia no visible por nuestros medios actuales que, además de ocupar el espacio interestelar, por su atracción gravitatoria frenara poco a poco la expansión de las galaxias y llegaran en algún momento a frenarla del todo. A dicha materia, sin embargo detectable por sus efectos gravitatorios, se le llamó materia oscura, y apenas hemos hallado una mínima parte de la que debe existir teóricamente en el universo.Los últimos pasos científicos permitieron descubrir en 1904 por el astrónomo alemán J.F. Hartmann, en el centro de las lejanas galaxias, nubes de gas muy tenue, que se intensificaban en los bordes de las mismas; finalmente, a partir de 1968, se hallaron en el corazón de las galaxias moléculas de oxígeno, nitrógeno, de agua, de amoníaco, de hidrocarbonos, etc., hallazgos que se han intensificado en los últimos años. Pero una cadena de descubrimientos, partiendo ya desde el americano William Wilson en 1951, llevó a encontrar unos átomos de hidrógeno cargados eléctricamente.
Este especial descubrimiento confirmó que el «vacío» está formado por pequeñas partículas de materia capaces de conducir excelentemente la electricidad, que podemos considerar como un tipo de materia especial, en el estado de plasma. Dicho estado, llamado cuarto estado de la materia, más allá de los gases, consiste en partículas muy disociadas, tal vez en el último estado posible de división atómica, generalmente conformado por átomos de hidrógeno y helio que han perdido sus electrones, a los que se llama entonces «iones». Con muchas limitaciones y dificultades podemos reproducir este estado calentando un gas a altísimas temperaturas similares a las de las reacciones de fusión nuclear. Por lo tanto, los avances científicos consideran un espacio no solo pleno de materia, aunque no la podamos percibir, sino además surcado por corrientes energéticas.
Pero entonces, ¿es la materia oscura lo que siempre se llamó éter? ¿Es el plasma equivalente al antiguo éter?
El éter como se consideró antaño no pasó de ser una abstracción teórica que había tomado su nombre del concepto esotérico más profundo de la existencia de un «quinto elemento» o Éter, que era un paso evolutivo más allá de los elementos actualmente conocidos de Tierra, Agua, Aire y Fuego (**). Pero ello no invalida la idea de que exista cierto grado de materia que inunda el aparente vacío. En este sentido, el plasma supone un avance en la explicación física de una sustancia imperceptible que llena lo que antes se consideró vacío, y ello está de acuerdo con el pensamiento lógico de la filosofía de que la «nada absoluta» como tal no puede existir.
La velocidad radial es la velocidad de un objeto a lo largo de la línea visual del observador. Esto es la componente de la velocidad con la que el objeto se acerca (Corrimiento al azul) o aleja (Corrimiento al rojo) del observador, aunque no se mueva exactamente en dirección de colisión con el observador. Es perpendicular a la velocidad transversal del objeto.- .........................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=467c08b8b392687d6a06ecf5a11a0a963ea048a4&writer=rdf2latex&return_to=Velocidad+radial
Con este método se detectó el primer planeta extrasolar por parte de M. Mayor y D. Queloz, en octubre de 1995, en la estrella 51 Peg (M. Mayor & D. Queloz, A Jupiter-mass companion to a solar-type star. Nature, 378, 355. 23/11/95). Cuatro meses más tarde G. Marcy y P. Butler detectaron los dos siguientes en las estrellas 70 Vir y en 47 UMa. El resto de los planetas extrasolares se han descubierto mayoritariamente a partir de observaciones de este tipo.
El conjunto estrella y planetas se desplaza por el espacio según lo que se denomina velocidad propia del centro de masas (CM). Si la estrella no tiene planetas el centro de masas (CM) corresponde al centro de la estrella en cualquier instante. Sin embargo un sistema planetario causa pequeñas variaciones en la posición de su estrella desplazándose alrededor del CM. El movimiento será circular o elíptico si sólo existe un planeta y más complicado si existen varios.
La velocidad radial (componente de la velocidad de la estrella en la dirección observador-estrella) cambia en función de la combinación de la velocidad radial del CM y de la velocidad radial de rotación de la estrella (ver figura adjunta). Como ejemplo Júpiter provoca en el Sol una variación de la velocidad radial de 12,5 m/s; Saturno una de 2,7 m/s; mientras que la que provoca la Tierra, por su menor masa, es de sólo 0,1 m/s.
La velocidad radial de la estrella será la suma de dos componentes: la componente radial de lavelocidad del CM más la componente radial de la velocidad de rotación. En el momento representado en la primera figura la estrella presenta una velocidad radial mayor que la del centro de masas.
La situación cambia cuando la componente radial de la velocidad de rotación se opone a lacomponenete radial de la velocidad del CM (segunda figura), en este caso la velocidad resultante es menor porque las dos velocidades se restan (resta de dos componentes).
La amplitud de dichas oscilaciones de la estrella se manifiesta como un desplazamiento de la frecuencia de la luz que recibimos de la estrella. Si la estrella se mueve hacia la Tierra, su espectro de emisión (y de absorción) se desplaza hacia frecuencias más elevadas ("hacia el azul"), mientras que si se aleja de la Tierra, lo hace hacia frecuencias menores ("hacia el rojo"). Es el efecto Doppler que se produce con cualquier tipo de ondas cuando emisor y/o observador están de movimiento relativo.
Del desplazamiento de las líneas espectrales puede determinarse la velocidad del movimiento aplicando la ecuación:
donde n' es la frecuencia de la luz observada (por ejemplo el de una determinada raya espectral),n es la frecuencia que debería tener la raya espectral (la que se observa en reposo), v es la velocidad con que se mueve el observador respecto de la fuente de emisión, c es la velocidad de la luz y θ es el ángulo que forman la dirección de observación y la de movimiento relativo.
En la figura adjunta se muestra un típico gráfico de variaciones de velocidades radiales, correspondiente a la estrella 70 Vir. Obsérvese la regularidad en la variación de las velocidades con un periodo calculado de 116,7 días. Es el tiempo que la estrella 70 Vir invierte en recorrer completamente su trayectoria alrededor del centro de masas. La curva es de tipo sinusoidal.
Un movimiento circular uniforme (MCU) proyectado en un plano perpendicular a la trayectoria produce un movimiento sinusoidal denominado movimiento vibratorio armónico simple (ver figura adjunta). La posición del cuerpo en MCU varia de forma sinusoidal sobre el plano de proyección y también su velocidad y su aceleración. Cuanto más regular sea el gráfico de velocidades radiales más próxima es la órbita a una circunferencia. Si tiene otras formas periódicas indicará una órbita elíptica y la forma dependerá de la excentricidad y de la orientación respecto del observador. Para el planeta 70 Vir b se ha calculado una excentricidad de 0,4.
A partir del seguimiento de las variaciones de velocidad radial de una estrella pueden detectarse actualmente planetas gigantes con una masa mínima de 33·MT/sen i, para planetas situados a una distancia igual a la de la Tierra del Sol (1 UA, unidad astronómica, equivalente a 149,6·106 km) y para una estrella de masa semejante a la del Sol.
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