La astrofísica es una rama de la ciencia espacial que aplica las leyes de la física y la química para explicar el nacimiento, la vida y la muerte de estrellas, planetas, galaxias, nebulosas y otros objetos en el universo. Tiene dos ciencias hermanas, astronomía y cosmología, y las líneas entre ellas se desdibujan.
En el sentido más rígido:
- La astronomía mide posiciones, luminosidades, movimientos y otras características.
- La astrofísica crea teorías físicas de estructuras pequeñas y medianas en el universo.
- La cosmología hace esto para las estructuras más grandes y el universo en su conjunto.
En la práctica, las tres profesiones forman una familia muy unida. Pregunte por la posición de una nebulosa o qué tipo de luz emite, y el astrónomo podría responder primero. Pregúntele de qué está hecha la nebulosa y cómo se formó, y el astrofísico se conectará. Pregunte cómo encajan los datos con la formación del universo, y el cosmólogo probablemente intervendrá. Pero tenga cuidado: para cualquiera de estas preguntas, ¡dos o tres pueden comenzar a hablar a la vez!
- ¿Ha estado nuestro sistema solar mucho más cerca de otra estrella?
- ¿Qué pasaría si un planeta rocoso del tamaño de la Tierra, pero hecho de antimateria, chocara con Júpiter?
- ¿Cómo teóricamente Einstein predijo la existencia de agujeros negros?
- ¿Dónde está el fin del espacio?
- Algún día, ¿el cielo no tendrá estrellas visibles?
Objetivos de la astrofísica.
Los astrofísicos buscan entender el universo y nuestro lugar en él. En la NASA, los objetivos de la astrofísica son “descubrir cómo funciona el universo, explorar cómo comenzó y evolucionó, y buscar vida en los planetas alrededor de otras estrellas”, según el sitio web de la NASA.
La NASA afirma que esos objetivos producen tres preguntas generales:
- ¿Cómo funciona el universo?
- ¿Cómo llegamos aquí?
- ¿Estamos solos?
Comenzó con Newton
Si bien la astronomía es una de las ciencias más antiguas, la astrofísica teórica comenzó con Isaac Newton. Antes de Newton, los astrónomos describían los movimientos de los cuerpos celestes utilizando modelos matemáticos complejos sin una base física. Newton demostró que una sola teoría explica simultáneamente las órbitas de lunas y planetas en el espacio y la trayectoria de una bala de cañón en la Tierra. Esto se agregó al cuerpo de evidencia para la (entonces) sorprendente conclusión de que los cielos y la Tierra están sujetos a las mismas leyes físicas. [Relacionado: Cómo Isaac Newton cambió el mundo]
Quizás lo que separó más completamente el modelo de Newton de los anteriores es que es tanto predictivo como descriptivo. Basado en las aberraciones en la órbita newtoniana de Urano, los astrónomos predijeron la posición de un nuevo planeta, que luego fue observado y llamado Neptuno. Ser predictivo y descriptivo es el signo de una ciencia madura, y la astrofísica está en esta categoría.
Hitos en astrofísica
Debido a que la única forma en que interactuamos con objetos distantes es observando la radiación que emiten, gran parte de la astrofísica tiene que ver con deducir teorías que explican los mecanismos que producen esta radiación y proporcionan ideas sobre cómo extraer la mayor cantidad de información. Las primeras ideas sobre la naturaleza de las estrellas surgieron a mediados del siglo XIX a partir de la floreciente ciencia del análisis espectral, lo que significa observar las frecuencias específicas de luz que las sustancias particulares absorben y emiten cuando se calientan. El análisis espectral sigue siendo esencial para el triunvirato de las ciencias espaciales, tanto para guiar como para probar nuevas teorías.
La espectroscopía temprana proporcionó la primera evidencia de que las estrellas contienen sustancias también presentes en la Tierra. La espectroscopia reveló que algunas nebulosas son puramente gaseosas, mientras que algunas contienen estrellas. Esto más tarde ayudó a consolidar la idea de que algunas nebulosas no eran nebulosas, ¡eran otras galaxias!
A principios de la década de 1920, Cecilia Payne descubrió, mediante espectroscopía, que las estrellas son predominantemente hidrógeno (al menos hasta su vejez). El espectro de las estrellas también permitió a los astrofísicos determinar la velocidad a la que se mueven hacia o desde la Tierra. Al igual que el sonido que emite un vehículo es diferente al moverse hacia nosotros o lejos de nosotros, debido al cambio Doppler, los espectros de las estrellas cambiarán de la misma manera. En la década de 1930, al combinar el cambio Doppler y la teoría de la relatividad general de Einstein, Edwin Hubble proporcionó evidencia sólida de que el universo se está expandiendo. Esto también lo predice la teoría de Einstein, y juntos forman la base de la teoría del Big Bang.
También a mediados del siglo XIX, los físicos Lord Kelvin (William Thomson) y Gustav Von Helmholtz especularon que el colapso gravitacional podría alimentar al sol, pero finalmente se dieron cuenta de que la energía producida de esta manera solo duraría 100,000 años. Cincuenta años después, el famoso E = mc de Einstein
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La ecuación les dio a los astrofísicos la primera pista sobre cuál podría ser la verdadera fuente de energía (aunque resulta que el colapso gravitacional juega un papel importante). A medida que la física nuclear, la mecánica cuántica y la física de partículas crecieron en la primera mitad del siglo XX, se hizo posible formular teorías sobre cómo la fusión nuclear podría impulsar las estrellas. Estas teorías describen cómo se forman, viven y mueren las estrellas, y explican con éxito la distribución observada de los tipos de estrellas, sus espectros, luminosidades, edades y otras características.
La astrofísica es la física de las estrellas y otros cuerpos distantes en el universo, pero también golpea cerca de casa. Según la teoría del Big Bang, las primeras estrellas fueron casi completamente hidrógeno. El proceso de fusión nuclear que los energiza rompe los átomos de hidrógeno para formar el elemento más pesado helio. En 1957, el equipo de astrónomos marido y mujer de Geoffrey y Margaret Burbidge, junto con los físicos William Alfred Fowler y Fred Hoyle, mostraron cómo, a medida que las estrellas envejecen, producen elementos cada vez más pesados, que transmiten a las generaciones posteriores de estrellas. en cantidades cada vez mayores. Solo en las etapas finales de la vida de las estrellas más recientes se producen los elementos que componen la Tierra, como el hierro (32.1 por ciento), el oxígeno (30.1 por ciento), el silicio (15.1 por ciento). Otro de estos elementos es el carbono, que junto con el oxígeno, constituyen la mayor parte de la masa de todos los seres vivos, incluidos nosotros. Por lo tanto, la astrofísica nos dice que, si bien no somos todas estrellas, somos polvo de estrellas.
Referencia: ¿Qué es la astrofísica?
