Glosario
de términos
Campo escalar.
El campo electromagnético (EM) puede ser representado por un
conjunto de cuatro números en cada punto del espacio durante
un instante de tiempo. Existen campos más sencillos que
quedan perfectamente especificados dando un sólo número
en cada punto del espacio. El campo de temperaturas en una
habitación sería un ejemplo sencillo de este último.
Sin embargo este campo de temperatura no es de la misma naturaleza
que el campo EM, que está creado por una serie de fuentes que
denominamos cargas eléctricas. Cuando cuantizamos el campo EM
obtenemos una representación dual en términos de
partículas que llamamos fotones y que en general corresponden
a lo que se denominan bosones del campo. Así, la interacción
del campo EM con las fuentes (las cargas eléctricas) puede
ser interpretado como un intercambio de fotones entre éstas.
Se puede construir un campo cuántico análogo al campo
EM que quede especificado con un sólo número en cada
punto del espacio. El caso más sencillo de tal campo sería
aquel que no tiene fuentes y por tanto en el que no hay interacción
y que tiene el mismo valor en todo el espacio, es decir, es
homogéneo. Este tipo de campos se usa como modelos
sencillos de inflación. El mecanismo de Higgs que crea
las masas de las partículas en el modelo
estándar de la física de partículas está
basado precisamente en la existencia de un campo escalar y su
partícula asociada, el bosón de Higgs.
Casimir
(efecto). El efecto Casimir es una pequeña fuerza
atractiva entre dos placas conductoras neutras colocadas
paralelamente a una pequeña distancia. Esta fuerza aparece
como consecuencia de las fluctuaciones cuánticas de vacío
del campo electromagnético. El efecto fue predicho por el
físico germano Hendrick Casimir en 1948 (Proceedings
Koninkl. Ned. Akad. Wetenschap. 51, 793-5). De
acuerdo con la teoría
cuántica, el vacío contiene pares virtuales
partícula-antipartícula
que se crean y aniquilan
continuamente. Casimir se dio cuenta que sólo los fotones
virtuales cuya longitud de onda encaja entre las dos placas
contribuyen a la densidad de energía de
vacío. Por tanto, esta densidad de energía de
vacío será menor entre las placas que en el exterior,
produciéndose una diferencia de presión que tiende a
acercar las placas
La fuerza F entre
dos placas de área A separadas por una distancia a
puede ser calculada comoF = p h
c A/(480 a4) siendo
h la constante de planck y c la velocidad de la
luz. Esta fuerza minúscula fue medida en 1996 por Steven
Lamoreaux dentro de un margen de error del 5% con respecto a la
predicción teórica (Physical Review Letters 78,
5-8 y 81, 5475-6 (1997) )
CMB (Cosmic Microwave
Background ó Fondo Cósmico de Microondas)
Color. El color de
una estrella depende de la temperatura de su superficie; longitudes
de onda corta correspondes a altas temperaturas y viceversa. Sin
embargo, los astrónomos habitualmente no miden el color en
una única longitud de onda, sino que lo hacen al menos en dos
de ellas y comparan las medidas para determinar la temperatura. En
los años 50 se estableció el sistema de medida del
color con tres bandas UBV: ultravioleta (U) a 360 nm,
azul (B) a 420 mn y visual (V) a 540 nm. Se llama índice de
color la la comparación entre dos de estas bandas. Por
ejemplo el índice UB es la comparación entre el
ultravioleta y el azul y el BV la comparación entre azul y
visible. Comparando estos índices de color se puede saber por
ejemplo cuánta luz ha sido absorbida por polvo interestelar
(enrojecimiento interestelar)
Compton
(longitud de onda). La longitud de onda Compton es una
estimación del tamaño que una partícula
presenta al interaccionar con la radiación. Como depende sólo
de la masa de la partícula m y de dos constantes de la
naturaleza, la constante de Planck h y la velocidad de la luz
c, es una buena estimación del "tamaño
efectivo" de una partícula; la longitud de onda Compton
se calcula como h/mc.
Coordenadas
Comóviles. Existe un sistema de referencia donde la
descripción del universo en expansión resulta más
sencilla. En este sistema de referencia podemos pensar en las
galaxias como ocupando posiciones fijas. Imagine el lector un globo
hinchándose como analogía bidimensional del universo
en expansión. Imagine que en ese globo pintamos unas
líneas a modo de meridianos y paralelos creando una malla de
líneas. Piense ahora en las galaxias como puntos colocados en
las intersecciones de un meridiano y un paralelo. A
medida que el globo se hincha, la distancia entre los puntos
aumenta, pero aún así podemos seguir describiendo una
galaxia por la longitud y latitud que ocupan en ese globo, que no
cambia con el tiempo. En cosmología es posible elegir un
sistema de coordenadas similar desde un sistema de referencia donde
el fondo cósmico de microndas resulta
completamente isótropo
y la ley de Hubble se cumple con exactitud.
La coordenada de distancia r de una galaxia elegida es tal que r(t)
representa la distancia a esa galaxia como suma de todas las
subdistancias entre un observador y otro que medirían un
grupo de observadores colocados en la línea de visión
entre la galaxia y el observador situado en el origen
simultáneamente en el instante t de expansión. El
instante simultáneo t puede ser elegido por el hecho de que
todos los observadores pueden realizar su medida de distancia justo
en la época cuando la temperatura del fondo
cósmico de microondas es idéntica para todos. A la
coordenada t se le denomina tiempo cósmico. Por supuesto, la
medida práctica de r es imposible, por lo que tenemos que
usar las relaciones entre esta coordenada y
las distancias aparentes observables.
Cuásar.
Palabra derivada de quasi-stellar radio source (radiofuente
cuasi-estelar), debido a que los cuásares fueron descubiertos
como objetos con la apariencia óptica de estrellas pero
extremadamente brillantes en radioondas. Sin embargo, a diferencia
de las estrellas, los espectros de los
cuásares presentas fuertes líneas
de emisión con un desplazamiento
al rojo elevado, lo que es indicativo de su lejanía y de
la extremada luminosidad intrínseca
de estos espectaculares objetos.
Cuerpo negro.
Un objeto que absorbiera toda la radiación
electromagnética que incidiera sobre él sería
un cuerpo negro perfecto. Después de calentarse, dicho cuerpo
emitiría un espectro característico según la
temperatura alcanzada. El ejemplo más cercano a un cuerpo
negro que podemos construir en la Tierra sería un gran
contenedor con un pequeño agujero por el que introdujéramos
radiación electromagnética brillante. Después
de calentarse, la radiación que surgiera del agujero tendría
un espectro similar al representado en la figura, el cual dependería
sólo de la temperatura alcanzada. Aunque el concepto de
cuerpo negro parezca una idealización (y de hecho lo es), la
radiación procedente de muchos objetos astronómicos
puede ser aproximadamente descrita en términos de la
temperatura de un cuerpo negro. Así por ejemplo, el sol radia
como un cuerpo negro a una temperatura de 6000 K. El ejemplo natural
más perfecto de cuerpo negro que se conoce es el fondo
cósmico de microondas a 2.7 K.
Densidad
crítica. Es la densidad necesaria para que la curvatura
del universo sea cero (ver dinámica de
la expansión). En el presente del universo, la densidad
crítica es r0 =
3H02/8pG
= 1.879 h2 10-29 g/cm3, que
corresponde a una densidad tan baja como la de la masa de 2 a 3
átomos de hidrógeno por metro cúbico (siempre,
por supuesto obviando la incertidumbre en la constante
de Hubble).
- Diagrama H-R.
El Diagrama de Hertzprung-Russell (H-R) es un gráfico del
donde en el eje horizontal se coloca básicamente la
temperatura superficial de las estrellas, y en el eje vertical se
ubica la luminosidad de las mismas.
Dado que las estrellas, a medida que van evolucionando, van
cambiando de temperatura y de luminosidad, el diagrama HR sirve
como una herramienta para el estudio de la evolución
estelar. Los astrónomos suelen construir diagramas HR de
grupos específicos de estrellas (las más cercanas,
de cúmulos estelares, etc.), para estudiar sus propiedades
estadísticas y el tipo de población que conforman
dichos grupos (si son estrellas comunes, gigantes, extintas,
etc.). Estos resultados son de utilidad en las teorías de
evolución estelar.
-
Ecuaciones
de campo de la Relatividad General. La Relatividad General es
una teoría métrica de la
gravedad. Esto significa esencialmente que la gravedad queda
caracterizadas por las propiedades
geométricas del espacio-tiempo a través de
lo que denominamos el elemento de línea
o métrica. Este elemento de línea queda a su vez
determinado por la distribución de materia y energía.
La forma de caracterizar la distribución de materia y energía
es mediante un objeto matemático que denominamos tensor de
segundo rango energía-impulso (T). Las
propiedades geométricas del espacio-tiempo vienen expresadas
por una objeto matemático análogo que denominamos
tensor de Einstein (G). El Tensor de Einstein es una
medida de la curvatura espacio-temporal
que no es más que una función del elemento
de línea. La ecuación de campo de Einstein puede
ser escrita como G = 8 p G
T., siendo G la constante de gravitación
universal. En realidad ésta representa un sistema de 10
ecuaciones con diez incógnitas. La traducción en lenguaje
común de esta ecuación podría ser algo así
como: Las partículas en caída libre tienden a seguir
geodésicas. Estas geodésicas
se separan o se alejan con una determinada velocidad que es
proporcional a la intensidad de la curvatura (fuerzas
de marea) en la dirección perpendicular al movimiento de
la partícula. La suma de la intensidad de la curvatura
espacio-temporal medida dentro de un volumen pequeño
(infinitesimal) en las tres direcciones espaciales es proporcional a
la energía contenida en el interior de dicho volumen más
la presión ejercida en cada una de las direcciones
espaciales.
|
Representación HR de los
tipos principales de estrellas indicadas por su temperatura
superficial junto al tipo espectral en función de la
luminosidad medida respecto a la solar
Diagrama color--magnitud
de NGC6366, cúmulo globular del halo interno de nuestra
galaxia. La fotometría (A&A 323,374) se tomó
con el telescopio Isaac Newton del Observatorio del Roque de los
Muchachos.
Fuente:
IAC
|
Afortunadamente la resolución de las ecuaciones de Einstein se simplifican en gran medida debido a propiedades de
simetría. En cosmología por ejemplo, se utilizan unas
soluciones muy simples donde las propiedades de la materia y energía
son similares a las de un fluido homogéneo
e isótropo caracteriazado sólamente por la
densidad y la presión. Estas soluciones denominadas de
Friedmann-Robertson-Walker llevan de forma sencilla a un
elemento
de línea característico de un espacio en expansión
y a las ecuaciones de evolución del
universo o ecuación
de Friedmann. Más información en
The
Einstein Field Equations,
John
Baez home Page, Kip S. Thorne 1994. Agujeros negros y
tiempo curvo. Crítica. 1995 y Wheeler 1990 Un viaje
por la gravedad y el espacio-tiempo. Alianza 1994. Un curso
técnico puede hallarse en
Carroll,
Sean M.1997. Lectures
notes in General Relativity. La Relatividad
General está en la base de nuestros modelos cosmológicos.
Para un análisis exhaustivo de las pruebas observacionales de
la Relatividad General ver Will, C.M.,The
Confrontation between General Relativity and Experiment",
Living
Rev. Relativity, 4, (2001), 4.
-
Electrónvoltio
(eV). En física de partículas se acostumbra a dar las
masas de las partículas en unidades de energía, puesto
que existe una relación sencilla entre estas dos magnitudes
dada por la más famosa de las ecuaciones de la física,
E = mc2. 1 eV es la energía que adquiere un
electrón sometido a una diferencia de potencial de un voltio.
Por ejemplo la masa del electrón expresada en estas unidades
es de 0,51 MeV (megaeV o millones de eV) y la del protón
938.27 MeV.
Espectro.
Descomposición de la luz en sus diferentes longitudes de
onda. Los astrónomos en general no miran por sus telescopios,
sino que la luz recogida pasa por un espectrógrafo, que
descompone la luz en sus diferentes longitudes de onda, frecuencias
o "colores". Cada tipo de átomo o ión puede
emitir o absorber determinada longitudes de onda. Por ejemplo, los
átomos en las capas "frías" exteriores de una
estrella absorben la luz que proviene de regiones interiores de
ésta, produciendo líneas oscuras de absorción a
través del espectro. Dichas
líneas pueden usarse para identificar los átomos que
forman la estrella. Por ejemplo, en el espectro inmediatamente a la
derecha, las líneas oscuras dobles provienen del calcio
ionizado emitiendo a una longitud de onda de 390 nm;
las líneas a 410, 434, 486 y 656 nm corresponden al
hidrógeno; la línea de 518 nm corresponde al magnesio
ionizado y la línea a 590 nm corresponde al sodio. Hay un
bonito applet para producir las líneas de cualquier elemento
en
esta dirección. A la derecha podemos ver una
representación muy habitual de un espectro, con la longitud
de onda en el eje horizontal y la intensidad de la línea (más
concretamente el flujo) en el eje vertical.
Gravedad
Conforme. Gravedad conforme es una modificación de la
Relatividad General que no afecta a la
estructura geométrica básica de la teoría pero
sí que se aparta de ésta en cómo la
masa-energía afecta a la estructura geométrica
espacio-temporal. En términos aproximados podemos decir que
ésta lleva a bajas energía a un potencial newtoniano
del tipo V(r) = -a/r + b r (con a y b constantes), a
diferencia de la Relatividad General que lleva a un potencial del
tipo V(r) = -a/r que implica una fuerza inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia.
(Nota técnica:
V. Perlick and C. Xu, Astrophys. J., vol. 449, pp. 47-51(1995).
muestran que el tipo de métrica propuesta por Mannheim para
el Sistema Solar no es la solución que ofrece gravedad
conforme para el exterior de una masa definida positivamente como la
del sol. Gravedad conforme no es por tanto una alternativa viable a
la TGR en escalas astronómicas. De hecho, parece ser que
todas la teorías gravitatorias que derivan de una acción
basadas en el cuadrado de la curvatura sufren del mismo problema,
como han mostrado E. Pechlaner and R. Sexl, Comm. Math. Phys., vol
2, pp. 165-175 (1966) y P. Havas, Gen. Rel. Grav., vol. 8, pp.
631-645 (1977). Sin embargo, podrían existir alguna otra
teoría de la gravedad consistente basada en la métrica
de Mannheim y así ajustar las observaciones y el artículo
Mannheim,
P.D. 1993. Open questions in classical gravity
resulta ciertamente de gran interés.
Aguirre y otros
2001 han publicado un interesante artículo donde
establecen los test observacionales mínimos que tiene que
superar cualquier propuesta de modificación a grandes
distancias de la gravedad clásica de Newton-Einstein. Por
otro lado White &
Kochanek 2001 encuentran ciertas desventajas en las alternativas
frente a la materia oscura.)
Figura adaptada de
Ned
Wright's Cosmology Tutorial
Fig. 1 de Young et al. 1982 ApJ 252, 10
De esta manera se puede estudiar la
evolución del medio intergaláctico con el
desplazamiento al rojo. Por ejemplo, en la figura de abajo se puede
ver la comparación de dos cuásares a diferente
desplazamiento al rojo y cómo la densidad de nubes en el medio
intergaláctico disminuye con el tiempo (aumenta con el
desplazamiento al rojo).
Más información
en The
NCSA/LCA Lyman Alpha Forest Website y Ned
Wright's Cosmology Tutorial
MACHO
(MAssive Compact Halo Objects)
Magnitud. Escala
usada por los astrónomos para medir el flujo.
Cada 5 unidades de magnitud corresponden a una caída del
flujo de 100 veces. Por ejemplo, el Sol tiene una magnitud de -26.5,
mientras que Sirio, la estrella más brillante de la noche,
tiene magnitud -1.6. Las estrellas más débiles a
simple vista tienen una magnitud de 6. Más
información
Masa de Planck.
Masa resultante de la combinación apropiada de las tres
constantes fundamentales h (constante de Planck), c
(velocidad de la luz) y G (constante de gravitación
universal) (h c/G)1/2 ~1019
GeV ~10-5
g. Esta cantidad de masa colocada dentro de un volumen de una
longitud característica del orden de la longitud de Planck (h G/c3)1/2 ~ 10-33
cm crearía una densidad del orden de ¡1093
g/cm3! que sería
la densidad del universo cuando tenía unos 10-43
segundos: el tiempo de Planck (ver una
breve historia del Big Bang).
MOND
(MOdified Newtonian Dynamics). Teoría alternativa a la
dinámica Newtoniana propuesta por Mordehai Milgrom (1983.
ApJ. 270,365) y que consiste básicamenteen
modificar la segunda ley de Newton de la forma F = m a2/a0,
es decir que la fuerza sería proporcional al cuadrado de la
aceleración y se introduciría una constante a0
~ c H0 ~ 1.2 10-8
cm/s2 con unidades de
aceleración para salvar la coherencia de la ley. La
motivación de esta modificación es la de explicar la
elevada velocidad de rotación que se mantiene casi constante
en la parte externa del disco de las galaxias espirales (Ver Materia
Oscura). Sin embargo, el gran problema de esta teoría es
que no tiene una extensión relativista y que quizás
esté en conflicto con el Principio de Equivalencia en su
versión fuerte (ver Mendes
& Opher 2001 y las referencias allí contenidas).
Parece ser que MOND tiene problemas para explicar la variación
radial de la temperatura en cúmulos de galaxias y predice
nubes de gas fuertemente absorbentes en Ly
a más densas y pequeñas
de los observado (Aguirre
y otros 2001). También Aguirre
y otros 2001 han publicado un interesante artículo donde
establecen los test observacionales mínimos que tiene que
superar cualquier propuesta de modificación a grandes
distancias de la gravedad clásica de Newton-Einstein. Por
otro lado White &
Kochanek 2001 encuentran ciertas desventajas en las alternativas
frente a la materia oscura y la ley de Milgrom (el hecho de que los
efectos de la materia oscura predominen en escalas donde las
aceleraciones son del orden de c H0 )
puede obtenerse desde los escenarios con materia oscura fría
(Kaplinghat &
Turner 2001). Por supuesto, Milgron no está de acuerdo
con este último estudio (Milgron
2001). También parecen existir problemas con la
aplicación de MOND a los cúmulos de galaxias. Por
ejemplo, la imagen de la galaxia NGC
720 obtenida por el observatorio Chandra
de Rayos X muestra una nube de gas con forma elipsoidal que podría
implicar un potencial gravitatorio de forma elipsoidal y no
esferoidal como debería predecir en principio MOND.
McLaughling &
Meylan 2003 encuentran un ejemplo donde los modelos dinámicos
clásicos explican perfectamente las observaciones.
Para detalles de la aplicación
de la teoría en cosmología ver por ejemplo Sanders,
R.H. 1997. Cosmology with modified newtonian dynamics (MOND).
Ver también Entrevista
con Sanders y Sanders
2001. El número
de Agosto de la revista Scientific American tiene un extenso
artículo sobre MOND.
Monopolo magnético
es una partícula cuya existencia se predice en las GUT o
teorías
de gran unificación de la física de partículas.
Estas partículas tendrían una masa del orden de una
cienmillonésima de gramo, lo que es una masa enorme para una
partícula subatómica. Los monopolos magnéticos
no son partículas con una estructura puntual sino que más
bien parecen una serie de cajas chinas. La mayoría de la masa
del monopolo estaría situada en una región central del
orden de 10-25 cm, rodeada de una
zona hasta unos 10-15 cm donde
habrían bosones (partículas que crean la interacción)
correspondiente a la unificación electrodébil
rodeada por una última zona exterior con bosones
W y Z. Los modelos de los estados iniciales del universo arrojan
una densidad de estas partículas que está muy por
encima de lo que evidencian las observaciones, que es más
bien la inexistencia de estas curiosidades subatómicas. El
modelo inflacionario reduce la densidad
de estas partículas a aproximadamente a "una"
dentro del radio de Hubble .
Curiosamente, un físico
de origen hispano, un tal Cabrera, afirmó haber detectado un monopolo en un día de San Valentín
de 1984. Algunos han hecho muchas bromas con esta coincidencia
anecdótica, pues ni las GUT están observacionalmente
respaldadas, ni la observación de Cabrera es relevante. ¿O
estaba Cabrera en el lugar y en el momento adecuados para atrapar al
único monopolo del universo?...
Partículas
virtuales. Uno de los primeros pasos en el desarrollo de la
teoría
cuántica fue la idea de Planck de asignar niveles
discretos de energía a los osciladores armónicos
(básicamente una carga eléctrica oscilando como un
muelle) que idealmente producían el campo
electromagnético en las paredes perfectamente absorbentes
de una cavidad en la que se alcanza el equilibrio térmico (un
cuerpo negro). Cada salto entre dos de
estos niveles emite o absorbe una cantidad discreta de energía
que denominamos fotón.
La suma de las diferentes cantidades (diferentes intensidades) de
todos los tipos de fotones emitidos (a diferentes frecuencias)
forman el campo electromagnético dentro de la cavidad.
Podemos decir entonces que el campo electromagnético está
compuesto por unas partículas que denominamos fotones.
Pero sabemos que el campo
electromagnético de un partícula cargada como un
electrón interactúa con el campo electromagnético de
otra partícula cargada. Esta interacción no es más
que una transferencia de momento y energía entre las
partículas, que también se produce en cantidades
discretas. Dicho de otra manera, podemos aplicar la misma idea de
Planck y suponer que existen idealmente un conjunto de osciladores
armónicos en cada partícula que puede emitir o
absorber cantidades discretas de energía que denominamos
fotones virtuales. Podemos describir entonces una interacción
entre partículas cargadas utilizando un diagrama de
intercambio de estos fotones virtuales a veces denominado diagrama
de Feynman
Las líneas quebradas negras
representan dos partículas cargadas del mismo signo que se
acercan una a otra, intercambian un fotón virtual (línea
roja) produciéndose un intercambio de momento que produce
una fuerza de repulsión.
Esta explicación, aunque sencilla de
entender, tiende a hacernos pensar que las partículas
virtuales se comportan como partículas en el sentido
clásico, pero esa idea no es correcta. De hecho, las
partículas virtuales no son observables y son en principio
una construcción teórica para describir fenómenos
observados tal y como la interacción de dos partículas.
Una explicación más divulgativa puede ser hallada
aquí.
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Polarización.
Dirección de vibración del campo eléctrico en
una onda electromagnética. La mayoría de la luz no
está polarizada en el sentido de estar compuesta por campos
eléctricos con una distribución aleatoria de
direcciones. La luz se polariza cuando se refleja o es dispersada
por cargas eléctricas. La mayoría de intensidad de la
luz termina concentrada en un plano a lo largo de la línea
propagación, resultando luz linealmente polarizada.
Panel de la izquierda: una
onda electromagnética linealmente oscila en un plano indicado
con rosa y alcanza un electrón que oscila emitiendo radiación
(en verde). La onda resultante se concentra esencialmente en el plano
(en verde) perpendicular a la dirección de movimiento del
electrón.
Panel de la
derecha: luz no-polarizada que puede ser representada como la
suma de dos ondas linealmente polarizadas en direcciones mutuamente
perpendiculares. La radiación dispersada proveniente de la
componente en rosa está contenida esencialmente en el plano
perpendicular a la línea de visión y no puede ser
detectada. Sólo la componente en verde alcanza el observador
polarizada como la onda incidente.
En cosmología
es importante el estudio de la polarización del fondo
cósmico de microondas porque refleja la interacción
de la radiación con los electrones de un medio ionizado. Hay
dos momentos en la historia del universo donde el gas estuvo
completamente ionizado. En la época de la recombinación
de dónde procede precisamente el fondo cósmico de
microondas y en la subsiguiente reionización producida por la
luz UV de las primeras generaciones de estrellas (ver noticia
del 11 de febrero de 2003). Para más información:
Gangui
2003
Polarization
page for experts
CMB
Anisotropies tour: Wayne Hu homepage
web
de Angelica de Oliveira-Costa
White
1998, Kosowsky
1999, Staggs
et al. 1999
Quintaesencia.
Quintaesencia es una generalización del concepto de constante
cosmológica. Una constante cosmológica pura se
relaciona habitualmente con la densidad de
energía de vacío que surge de manera natural en
las teorías
cuánticas de campos. La densidad de energía de
vacío, por su propia naturaleza, no cambia con el tiempo y está
uniformemente distribuida en el espacio. La ecuación
de estado que relaciona la presión P con la
densidad r (recordemos
por ejemplo que la ecuación de estado para un gas ideal a
temperatura constante sería la ecuación de Clapeyron
P = K r) para
la constante cosmológica es P
= - r , lo
que significa que la expansión aumenta la cantidad de energía
de vacío y ésta tiene que ejercer una presión
negativa (ver detalles). Esto puede
generalizarse suponiendo que existe un campo que produce una
densidad de energía que varía con el tiempo y que no
tiene porqué estar uniformemente distribuida, de tal
manera que podemos poner su ecuación de estado como P /
r = w con -1 < w
< 0 con objeto de que no contradiga las observaciones, y w
siendo una función del parámetro
de expansión a(t) tal que la densidad varía
como rQ
~ a-3(1+w)
. Para un explicación
semi-divulgativa de dos de los inventores del concepto ver Robert
R Caldwell and Paul J Steinhardt 2000. El valor observacional
más probable es w < -0.52 (Percival
et al. 2002) (w < -0.78 según
datos de WMAP)
Recombinación.
Momento en el que los electrones se combinaron con los protones para
formar átomos de hidrógeno y helio. Esto ocurrió
cuando la temperatura del universo descendió hasta unos 4000
K, unos pocos cientos de miles de años después del Big
Bang a un desplazamiento al rojo z ~
1500. El calificativo de recombinación es ciertamente una
mala elección puesto que este hecho ocurrió por
primera vez en la historia del universo. Aún así se
sigue usando por costumbre. Ver universo
primigenio para más información.
Supernovas.
La muerte de estrellas masivas terminan en grandes explosiones que
constituyen los eventos más luminosos del universo actual,
compitiendo en brillo con la mismísima galaxia de la que la
estrella forma parte. Según sea su estrella precursora, se
distinguen dos tipos de supernovas:
Las supernovas de tipo I son explosiones
de enanas blancas (de unas 1.4 masas solares) situadas en
sistemas binarios. La acreción de materia que se produce
desde la estrella compañera hace que la enana blanca alcance
el límite superior de masa (conocido como límite de
Chandrasekhar) donde pierde su estabilidad. Entonces la estrella
empieza a colapsar y la compresión propicia la combustión
explosiva del carbono que produce una destrucción total de
la estrella (ver reacciones en interiores
estelares). La radiación que se emite procede
principalmente de la descomposición radiactiva del níquel
y el cobalto producidos en la explosión.
Dentro
de este tipo se distingue especialmente el tipo Ia por un espectro
que presenta ausencia de líneas del
hidrógeno y la presencia de una banda de
absorción muy fuerte en el rojo a unos 6100 Å
correspondiente al Si II (átomo de silicio que ha perdido su
electrón más externo). El pico de luminosidad de este
tipo de supernovas está relacionado con la rapidez de
debilitamiento de su brillo de una manera muy regular en diferentes
supernovas. Cuando se aplica esta correlación, la
luminosidad relativa (magnitud) de una
supernova de tipo Ia puede determinarse dentro de un intervalo de
error del 10 al 20%. Su utilidad en
cosmología reside en el hecho de que se pueden
utilizar como candelas estándar (fuentes de luz de brillo
intrínseco conocido) para medir distancias
extragalácticas relativas con alta precisión.
Supernovas de tipo II. Ocurren en estrellas
masivas (más de unas 8 masas solares) que queman carbono de
manera no explosiva y evolucionan hacia una configuración
con un núcleo de hierro degenerado rodeado a modo de capas de
cebolla por elementos más ligeros. Una inestabilidad en el
núcleo de hierro debida a la captura de electrones y a una
disociación endotérmica del hierro provoca el colapso
del núcleo y la expulsión simultánea de las
capas externas, dejando como residuo una estrella de neutrones o un
agujero negro.
Más detalles en
Formación de elementos en los
interiores estelares, ESTRELLAS
SUPERNOVAS y Supernovas
(Particle Physics and Astronomy Research Council. Royal Greenwich
Observatory)
-
Supersimetría. Referida cariñosamente como SUSY, consiste en la
noción de que bosones (partículas de spin
entero) y fermioness
(partículas de spin semientero) son dos aspectos de una ley física común
subyacente. Por ello, cada fermión tiene asociado un bosón y viceversa que
se denomina su contrapartida supersimétrica o llanamente spartículas. Por
ejemplo, el electrón (fermión de spin 1/2) tiene un bosón asociado de spin 0
denominado selectrón y el fotón (bosón de spin 1) tiene asociado un fermión
de spin 1/2 denominado fotino. Estas partículas implican energías mayores de
unos centenares de GeV por lo que no han sido
observadas y tendremos que esperar a nuevas generaciones de aceleradores
para su posible detección. SUSY es una simetría que tiene un cierto
atractivo teórico. Por ejemplo, las spartículas podrían ser candidatos
posibles para formar parte de la
materia oscura fría y dar
una explicación (al menos parcial) al
problema de la
constante cosmológica. Además SUSY es una simetría fundamental en
teorías de cuerdas y en Teorías de
Gran Unificación
Survey de
galaxias. Un survey no es más
que una clasificación sistemática de propiedades
galácticas directamente observables como sus coordenadas
(declinación y acensión recta), su magnitud
y desplazamiento al rojo. Los enlaces a
los surveys más importantes que se están llevando a
cabo en la actualidad pueden encontrarse aquí.
Teorías
de Gran Unificación (abreviadas en inglés GUTs).
Teorías que tratan de unificar las todas las interacciones
conocidas a excepción de la gravitación:
electromagnética,
nuclear
débil y nuclear
fuerte. Suponiendo que sea posible una Gran Unificación
de todas las interacciones,
entonces todas las interacciones que observamos no son más
que diferentes aspectos de la misma teoría unificada. Sin
embargo, ¿cómo puede éste ser el caso, cuando
las interacciones fuerte, débil y electromagnética son
tan diferentes en intensidad y efecto? Aunque parezca extraño,
los datos y la teoría actuales sugieren que estas variadas
fuerzas confluyen hacia una única fuerza, cuando las
partículas afectadas están a energías
suficientemente altas. De hecho, desde los años 60 existe una
teoría unificada de las interacciones electromagnética
y débil (conocida obviamente como electrodébil)
y actualmente existen diferentes propuestas de GUTs, de tal forma que
algunas propiedades del comportamiento de las partículas a
energía del orden de 1016 GeV
son conocidas y se pueden aplicar al estudio del universo cuando
este tenía unos meros 10-35 segundos
(ver inflación). Más
información.
Tiempo de
Planck. Intervalo de tiempo resultante de la combinación
apropiada de las tres constantes fundamentales h (constante
de Planck), c (velocidad de la luz) y G (constante de
gravitación universal), por lo que se considera la unidad
natural de tiempo: tP = (h G/c5)1/2
~ 10-43 s
-
Unidades naturales.
Sistema de unidades donde se toman las tres constantes principales de la
física h, G y c igual a 1
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Cosmología
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