Uno de los descubrimientos más sorprendentes de la ciencia en el siglo XX
fue la expansión del universo.
Esta expansión es un hecho hoy conocido, muchas personas
han oído hablar de ella.
Pero lo que casi nadie conoce, salvo los astrónomos
(incluyendo a los amateurs inquisitivos),
son las cosas que a partir de este hecho podemos aprender.
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Una simpática galaxia espiral.
Su espectro nos daría datos sobre su composición química, velocidad y rotación.
La expansión del universo, fue descubierta de forma casi accidental.
En 1912 un poco conocido astrónomo llamado Vesto Slipher, trabajando
en el observatorio de Percival Lowell, comenzó una investigación
en la cuál se deseaba estudiar la composición química de galaxias lejanas
con el propósito de buscar lugares que sean adecuados para la vida.
Pero sus resultados, no solo fueron decepcionantes (en términos
de la búsqueda de vida) sino muy extraños.
La técnica usada por Slipher fue la espectroscopia.
La cuál consiste en descomponer y luego analizar la luz de los objetos.
Veamos un poco sobre espectros.
Una fuente de luz dada, como una estrella, galaxia, un foco, etc, emite
una variedad muy grande de ondas electromagnéticas, es decir, muchos "tipos de luz" de la cuál la visible (lo que se suele llamar típicamente "luz")
es solo una de muchas, otros tipos son el radio, microondas, rayos X, ultravioleta e infrarrojo.
Por lo que si se toma la luz del sol, por ejemplo, y la descompones
terminarás con algo llamado espectro continuo y se ve así:
Espectro continuo, es la adición de todos los colores acomodados según la longitud
de la onda que los transmite, al rojo corresponde ondas largas y el azul y violeta
por ondas muy cortas.
donde se pueden ver todos los colores.
De hecho el arcoiris no es mas que un espectro natural formado
por cristales de agua en la atmósfera.
Pero lo mas relevante es que cada elemento químico, cada molécula
y compuesto emite luz de una forma muy particular y el espectro continuo no es mas que el resultado de la suma de todos los elementos y moléculas que constituyen el cuerpo que emite la luz.
Veamos algunos ejemplos:
Ejemplo de resultado de espectroscopía astronómica. Arriba, el espectro del sol.
Abajo, el espectro de elementos individuales, las líneas son propias de cada elemento, son su "huella digital".
Tenemos el Sodio, Mercurio, Litio e Hidrógeno.
Las líneas del espectro solar que son oscuras se deben a elementos que están entre
el sol y nosotros y que absorben las lineas que les corresponden en lugar de emitirlas.
Bueno, pues regresando con el buen y desconocido Slipher, lo que encontró
y no supo como interpretar fue que ¡las líneas del espectro estaban movidas!
Es decir, estaban todas las que se esperaban, solo que no donde debían ir.
Era como si todo el espectro estuviera desplazado o corrido hacia el lado donde está el rojo.
Este es el famoso corrimiento al rojo.
Otra forma de representar el espectro,
por medio de una gráfica de intensidad.
Esto fue un misterio hasta 1924, cuando Edwin Hubble propuso
que la explicación era que los cuerpos llamados galaxias se encontraban
a distancias extragalácticas y muestran elevadas velocidades radiales,
dando comoresultado la variación en la longitud de onda por el efecto Doppler.
En español, esto quiere decir que las galaxias no solo están lejos,
sino que se alejan cada día más, y así como el sonido de un auto
es diferente al acercarse que al alejarse (este es el efecto Doppler) la luz,
al ser emitida por una galaxia que se aleja se modifica y se desplaza
hacia el rojo.
Espectro en forma de líneas de intensidad.
Arriba tenemos el espectro de una fuente de luz que no se mueve (en realidad si lo hace, pero muy despacio) y abajo muestras de objetos cada vez mas lejanos y rápidos.
Nótese que los dos pequeños "picos" que se ven en la parte verde de la línea superior
se van recorriendo hacia el rojo en las de abajo.
Ya visto todo esto les informo que la dichosa constante de Hubble nos indica la velocidad con la cuál las galaxias se alejan de nosotros.
El valor de esta constante, llamada Hoaún está por determinarse
con exactitud, pero por lo general se obtienen valores entre
69 y 74 Km/(s*Mp) [las unidades son kilómetros por segundo por Megaparsec, esta última es una medida de distancia muy usada en astronomía extragaláctica].
Muestra de los resultados de Hubble.
En la columna de la izquierda se ven galaxias, mientras mas abajo son mas lejanas.
En la columna del centro sus distancia a la Tierra medida en años-luz.
A la derecha sus espectros mostrando el corrimiento de las línea de Hidrógenos
y Potasio y abajo de estos, la velocidad según el efecto Doppler.
Y aquí hay algo que les puede servir de hobby, cuando no tengan nada que hacer y ven que salió un nuevo valor para la constante de Hubble pueden ponerse a calcular la edad del universo, es fácil.
Veamos, la relación entre la edad del universo
y la constante de Hubble es:
t=1/Ho
donde t es la edad del universo, entonces si nos dicen que la constante
de Hubble tiene un valor de 72, digamos, nos basta con sacar la inversa
y transformar los Megaparsecs en kilómetros
(hay 3.08633 x 10^19 kilómetros en un megaparsec) y ya nos dará la edad
del universo en segundos, luego podemos considerar que en un año tenemos 31,557,600 segundos para obtener la edad del universo en años.
Por si quieren revisar resultados, con 72 Km/(s*Mp)
me dio 13,583 millones de años
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