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25 de junio de 2010

De las cefeidas al desplazamiento al rojo y la expansión del universo

Hoy vamos a probar algo diferente. Normalmente me limito a explicar la física y punto; hoy, aprovechando la asignatura de Historia de la Ciencia que he tenido el pasado cuatrimestre, voy a hablar de cómo el descubrimiento de las cefeidas, de las que hablé en la última entrada, llevó al desplazamiento al rojo, que posteriormente llevaría a la idea del Big Bang. Hoy vamos con algo de historia.

A principios del siglo XX una mujer de las que la ciencia y la historia se olvidan, estaba llevando a cabo su tedioso trabajo en el Harvard College Observatoy, un trabajo al que se veían relegadas casi el total de las astrónomas de la época, el de calculista. Esta mujer era Henrietta Swan Leavitt, licenciada en el Radcliffe College, al que también acudieron otras mujeres (era femenino) notables, como Hellen Keller o Benazir Bhutto. Su trabajo consistía en clasificar según su brillo las estrellas que aparecían en las imágenes tomadas en el observatorio. Aunque monótono y aburrido, este trabajo era perfecto para descubrir lo que iba a revolucionar la astronomía por completo, las cefeidas, estrellas "intermitentes" cuyo período de intermitencia está relacionado con su brillo.

Leavitt notó que había estrellas en las imágenes de la Nube de Magallanes que variaban su brillo periódicamente, y que cuanto más brillantes eran esas estrellas, mayor era su período. Con esos datos, podemos averiguar la distancia a la que se encuentran. Leavitt publicó su descubrimiento en 1908, el cual confirmó definitivamente en 1912 en un artículo en el que analizaba 1777 estrellas variables que aparecían en las imágenes que estudió.

El problema de la distancia era un problema bastante peliagudo para los astrónomos. Por más cuerpos que observaran, no tenían forma alguna para averiguar su distancia. En esos momentos, se estimaba el tamaño del universo, que se limitaría a la Vía Láctea, como de 30 000 años luz. Sin embargo, esto cambió cuando se aplicaron las técnicas de Leavitt. No fue ella quien lo hizo, sino otro astrónomo, esta vez en el Observatorio Monte Wilson, Harlow Shapley.

En Monte Wilson, Shapley ya había tratado con las cefeidas, dando una teoría para la causa de su variación de luminosidad. También estudió los cúmulos globulares. En ellos, Shapley buscó cefeidas para determinar su distancia. La conclusión a la que llegó fue asombrosa. La Vía Láctea medía 300 000 años luz, diez veces más de lo que se pensaba hasta el momento. También comprobó algo clave para la historia del pensamiento: el Sol no se encontraba en ninguna posición privilegiada (se pensaba que estaba en el centro de la galaxia), sino en otro lugar sin ninguna relevancia.

En 1920 sucedió esto. Es muy posible que tengamos parientes, vecinos, o conozcamos a alguien que ya viviera en esa época. No hace ni un siglo, la humanidad seguía pensando que éramos el centro de la galaxia (y del universo por extensión). A mí me asombra lo rápido que puede cambiar nuestra mentalidad (al menos la de algunos), y vivir con la certeza absoluta de algo que hace muy poco tiempo se desconocía. También es otro ejemplo de cómo la ciencia se extiende más allá de su campo, pudiendo sacudir y derrumbar creencias muy arraigadas en nuestro ideario colectivo.

Shapley dejó Monte Wilson en 1920 con la idea de que el Universo se limitaba a la Vía Láctea para ocupar una cátedra en Harvard, pero su puesto de "astrónomo revolucionario" no quedó, por suerte, vacante. Fue ocupado por Edwin Hubble, quien da nombre al telescopio Hubble.

En 1924 Hubble estudiaba "nebulosas espirales" y acudió, una vez más al descubrimiento de Leavitt: buscó cefeidas en ellas para calcular la distancia. Los resultados sacudirían de nuevo el pensamiento de la humanidad: no eran 300 000 años luz, las nebulosas estaban a 700 000 años luz. El universo tenía que medir eso como mínimo y además este no se limitaba a la Vía  Láctea, había más allá. Esto último ya lo pensaban algunas personas, no Shapley, pero este descubrimiento confirmó la intuición de muchos astrónomos. Y por si todo esto no fuera suficiente, esas "nebulosas" que Hubble estudiaba, resultaron ser otras galaxias.

Hubble usó estos datos junto a los de los espectros de las estrellas, nebulosas y demás objetos estudiados, y vio el desplazamiento al rojo.  Entre 1929 y 1931 concluyó que esto indicaba que los objetos se alejaban, cada uno a una velocidad, más alta cuanto más lejos estaba. El universo se expandía. En poco más de 10 años hemos pasado de un pequeño universo de 30 000 años luz limitado a una galaxia, a un universo de al menos 700 000 años luz y poblado de numerosas galaxias que además se está expandiendo. El cambio es bastante notorio, y por tanto es normal que la idea de la expansión del universo esté tan arraigada entre nosotros.

Pero, si el universo está en expansión, ¿antes estaba todo junto? El camino al Big Bang ya está empezado, pero aún queda un trecho que recorrer.

Es difícil hablar de fuentes para este artículo, porque la principal no se puede comprobar, pues son las clases que he tenido de esta asignatura. Para detalles (como fechas, números, etc), Wikipedia.
17 de junio de 2010

La distancia a las estrellas: cefeidas

Recuerdo que hace tiempo alguien me preguntó algo sobre cómo se miden las distancias en el Universo. Hace mucho tiempo que pasó esto, así que no recuerdo ni quién, ni cuándo, ni dónde. Seas quien seas, y estés donde estés, aquí está tu respuesta.

Los pocos que os pasáis por el blog (gracias por vuestra fidelidad, robots de los buscadores) a lo mejor sabéis, o recordáis haber sabido durante 10 segundos, que mediante el desplazamiento al rojo podemos saber la distancia del cuerpo que observamos por el telescopio. Aquí se plantea el clásico dilema del huevo y la gallina: ¿qué fue antes?. Por suerte en esta ocasión sí tenemos la solución: primero se supo calcular las distancias. Para ello se usan las cefeidas, que son unas estrellas con unas características muy peculiares.

Pero antes de pasar a ellas, vamos a ver dos conceptos muy sencillos: magnitud aparente y magnitud absoluta. La cosa es bien sencilla: la magnitud aparente es una medida de la cantidad de luz que nos llega de la estrella a una distancia determinada y la magnitud absoluta es lo mismo pero medido para una distancia específica: 10 pársec, la unidad de distancia de la ciencia ficción por excelencia. Estas cantidades son medidas en espacios vacíos que no atenúan la luz, por lo que tener un telescopio en órbita como el Hubble ayuda mucho, ya que evita parte de la absorción de la atmósfera. Magnitud absoluta y aparente del objeto y distancia al mismo están relacionados, y si sabemos dos de ellas, podemos calcular la otra. La magnitud aparente es fácil de calcular, basta con mirar la estrella y ya está. La absoluta es algo más difícil. Aquí es donde entran en juego las mejores amigas de los astrónomos.

Las cefeidas son estrellas intermitentes, es decir, su luminosidad va variando periódicamente. Su período (el tiempo que transcurre en pasar de luminosidad máxima a mínima y volver a máxima) está relacionado con su luminosidad, tal y como se descubrió a principios del siglo XX. Cuanto mayor sea el período, más brillante es la estrella (un brillo mayor es una magnitud absoluta menor, incluyendo números negativos).

Imagen de una cefeida en la galaxia Messier 100
Cefeida en la galaxia Messier 100. Fuente: HubbleSite.

La magnitud aparente de la estrella la medimos con los aparatos que tenemos en los observatorios, al igual que el período. Con este, calculamos la magnitud absoluta, y ya tenemos los dos ingredientes para nuestra receta: con la magnitud aparente y la absoluta calculamos la distancia.

Y así de simple es la cosa: cuando los astrónomos quieren saber la distancia de un cúmulo, una galaxia o lo que sea, buscan cefeidas dentro de él y realizan el proceso que ya he explicado.

Esta entrada se la dedico a una amiga que me encontré el otro día por la calle después de mucho tiempo sin vernos y que me dijo que echaba de menos que actualizara el blog.
16 de junio de 2010

Tumblr

Los que me sigan en Twitter (o Facebook) ya lo sabrán, pero algo más de publicidad no viene mal. Me he hecho una cuenta en Tumblr, una plataforma para tener tu propio tumblelog, algo que no sabía que existía hasta hace poco, cuando me hice la cuenta.

Según la Wikipedia, un tumblelog es:
Un tumblelog o tlog es una variante menos estructurada de un blog muy ligada al microblogging. Contienen pensamientos al azar, enlaces, imágenes y otro contenido, sin una temática definida excepto el hecho de que está realizado por un mismo autor. Cuando solamente contiene enlaces recibe el nombre de linklog.
El mío tampoco tiene una temática completamente definida, pongo lo que me apetece, pero la mayoría de cosas sí están relacionadas con la ciencia. Lo que si tiene (a diferencia de lo que pone en el artículo) son comentarios, que los he agregado usando Disqus.

Que haya hecho esto no quiere decir que vaya a dejar (aún más) de lado este blog. Lo que pongo en el tumblr son cosas que no iba a poner aquí, y cuando me apetezca escribir una entrada para el blog lo haré. Lo único que me permite el tumblr es publicar las cosas que me parecen interesantes pero no quiero desarrollar para Físicamente, o cosas que no tienen cabida aquí.

Pues nada, pasaos por mi Tumblr si queréis, que aún no tiene ni nombre (ni creo que lo tenga nunca).
14 de junio de 2010

Brian Cox: Por qué necesitamos los exploradores


Brian Cox en TED. De mayor quiero ser como este tío. Conferencia en inglés (subtítulos en inglés opcionales).
En momento económicos difíciles, nuestros programas de ciencia exploratoria - desde sondas espaciales hasta el LHC - son lo primero en sufrir recortes de presupuesto. Brian Cox explica cómo la ciencia movida por la curiosidad es rentable, potenciando la innovación y un profundo aprecio por nuestra existencia.
La gente olvida cómo la ciencia básica nos ha traído desarrollos tecnológicos sin los cuales la vida no sería en absoluto tal y como la conocemos. Sin física cuántica (algo que la gente no entiende para que sirve) nunca habría podido desarrollarse el transistor, y sin él no tendríamos electrónica. Sin él, ahora mismo no podrías estar leyendo esto, ni ver esta charla.

Vía:
Blog de Jose Luis Castillo.

Publicado también en mi Tumblr.