Galaxias, corrimiento al rojo y expansión del Universo
Una noche despejada en Cabo Polonio, lejos de las luces, se ve una franja lechosa que cruza el cielo: la Vía Láctea. Es nuestra galaxia, vista desde adentro. Y hay miles de millones de galaxias más. Lo curioso es que casi todas se alejan de nosotros. ¿Quiere decir que estamos en el centro del Universo? Al final de la página lo respondés.
Los tipos de galaxias
Una galaxia es un enorme conjunto de estrellas, gas, polvo y materia oscura unido por la gravedad. Edwin Hubble las clasificó por su forma, y esa clasificación se sigue usando.
| Tipo | Forma | Contenido |
|---|---|---|
| Elíptica | ovalada, sin brazos | estrellas viejas (rojizas); poco gas y polvo |
| Espiral | disco plano con brazos y un bulbo central | estrellas jóvenes y viejas; mucho gas y polvo, donde nacen estrellas nuevas |
| Irregular | sin forma definida | mucho gas; suelen formar estrellas |
La Vía Láctea es una galaxia espiral. Nuestro Sol está en uno de sus brazos, a unos dos tercios del centro, dentro del disco. Por eso, cuando miramos hacia el plano del disco vemos muchísimas estrellas juntas, como una franja. Si mirás hacia arriba o abajo del disco, hay mucho menos.
Nombrá los tres grandes tipos de galaxias según su forma (clasificación de Hubble) y describí en una frase la apariencia de cada uno. Indicá a qué tipo pertenece la Vía…
Nombrá los tres grandes tipos de galaxias según su forma (clasificación de Hubble) y describí en una frase la apariencia de cada uno. Indicá a qué tipo pertenece la Vía Láctea.
Una galaxia espiral y una galaxia elíptica se comparan en un trabajo de clase. a) Indicá dos diferencias de forma y de contenido (tipo de estrellas, gas y polvo) entre…
Una galaxia espiral y una galaxia elíptica se comparan en un trabajo de clase.
- a) Indicá dos diferencias de forma y de contenido (tipo de estrellas, gas y polvo) entre ambas.
- b) Explicá en qué lugar de una galaxia espiral se encuentra el Sol y por qué en una noche despejada en Rocha o en Cabo Polonio vemos la Vía Láctea como una franja.
Nuestro lugar: Grupo Local y cúmulos
Las galaxias no están solas. La Vía Láctea forma parte del Grupo Local, junto con Andrómeda (otra espiral, la más grande del grupo) y muchas galaxias pequeñas, como las Nubes de Magallanes, que se ven a simple vista desde Uruguay. Los grupos se reúnen en cúmulos de galaxias, y estos en supercúmulos, separados por inmensos vacíos.
Si observás la luz de una galaxia, además de su forma podés analizar su espectro. Eso nos lleva al efecto Doppler.
El efecto Doppler-Fizeau
Cuando una ambulancia se acerca, la sirena suena más aguda; cuando se aleja, más grave. La fuente se mueve y las ondas llegan «apretadas» (si se acerca) o «estiradas» (si se aleja). A eso se le llama efecto Doppler.
Con la luz pasa algo parecido (en Uruguay se lo llama efecto Doppler-Fizeau). La luz es una onda y su color depende de la longitud de onda λ: el rojo tiene λ mayor y el azul, menor.
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Fuente que se aleja: λ aumenta, la luz se corre hacia el rojo.
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Fuente que se acerca: λ disminuye, la luz se corre hacia el azul.
Cada elemento deja líneas características en el espectro. Si esas líneas aparecen en otra posición que en el laboratorio, la fuente se está moviendo. Ese desplazamiento hacia longitudes de onda mayores es el corrimiento al rojo (z).
Explicá qué es el efecto Doppler en la luz. ¿Qué le ocurre a la longitud de onda de la luz de una fuente que se aleja de quien observa: aumenta o disminuye? ¿Hacia qué…
Explicá qué es el efecto Doppler en la luz. ¿Qué le ocurre a la longitud de onda de la luz de una fuente que se aleja de quien observa: aumenta o disminuye? ¿Hacia qué color del espectro se corre?
Un astrónomo observa que las líneas del espectro de una galaxia lejana aparecen desplazadas hacia longitudes de onda mayores que las medidas en un laboratorio. ¿Cómo se…
Un astrónomo observa que las líneas del espectro de una galaxia lejana aparecen desplazadas hacia longitudes de onda mayores que las medidas en un laboratorio. ¿Cómo se llama ese fenómeno? ¿Qué indica sobre el movimiento de la galaxia respecto de nosotros?
La ley de Hubble-Lemaître
A comienzos del siglo XX se midió el espectro de muchas galaxias. Casi todas mostraban corrimiento al rojo, es decir, se alejan. Y hay una regularidad: cuanto más lejos está una galaxia, mayor es su corrimiento al rojo, o sea, más rápido se aleja.
Si una galaxia está al doble de distancia, se aleja al doble de velocidad. Esto permite estimar distancias a partir del corrimiento al rojo.
Se observan tres galaxias, A, B y C. Los astrónomos miden que el corrimiento al rojo de A es pequeño, el de B es intermedio y el de C es grande. a) Ordená las galaxias…
Se observan tres galaxias, A, B y C. Los astrónomos miden que el corrimiento al rojo de A es pequeño, el de B es intermedio y el de C es grande.
- a) Ordená las galaxias de la más cercana a la más lejana, suponiendo que se cumple la ley de Hubble.
- b) Explicá qué relación cualitativa expresa esa ley entre la distancia de una galaxia y la velocidad con que se aleja.
Camila compara el sonido de la sirena de una ambulancia que se acerca con el de una que se aleja, y dice que es «lo mismo que pasa con la luz de las galaxias». a)…
Camila compara el sonido de la sirena de una ambulancia que se acerca con el de una que se aleja, y dice que es «lo mismo que pasa con la luz de las galaxias».
- a) Explicá la analogía entre el sonido de la sirena y el corrimiento al rojo.
- b) Indicá una diferencia importante: en el caso de la expansión del Universo, ¿se trata solamente de galaxias moviéndose por el espacio o también de algo más? Explicalo cualitativamente.
El espacio se expande
La sirena se mueve por el aire. Con las galaxias hay una diferencia importante: no es solo que se muevan por el espacio, sino que el propio espacio entre ellas se estira. Las galaxias casi no se mueven «a través» del espacio: es el espacio el que crece, y la luz que viaja se estira con él. Por eso el corrimiento al rojo cosmológico se parece al Doppler pero tiene este matiz.
La analogía del globo: dibujá puntos en un globo desinflado y después inflalo. Cada punto se aleja de todos los demás, y cuanto más separados estaban, más rápido se separan. Desde cualquier punto ves lo mismo: los demás se alejan. Ningún punto es el centro, y el «centro» del globo ni siquiera está en su superficie.
Facundo dice: «Si todas se alejan de nosotros, estamos en el centro». Pero en el globo, desde cualquier punto sucede lo mismo. La observación no indica que haya un centro: cualquier observador vería que las demás galaxias se alejan.
Facundo afirma: «Si todas las galaxias se alejan de nosotros, entonces la Tierra está en el centro del Universo». Analizá esa afirmación. a) Usá la analogía de un globo…
Facundo afirma: «Si todas las galaxias se alejan de nosotros, entonces la Tierra está en el centro del Universo». Analizá esa afirmación.
- a) Usá la analogía de un globo que se infla con puntos dibujados en su superficie para explicar por qué un observador ubicado en cualquier galaxia vería que las demás se alejan.
- b) Concluí si la observación apoya o no la idea de un centro del Universo.
De la expansión al Big Bang
Si hoy las galaxias se separan, en el pasado estaban más cerca. Retrocediendo en el tiempo, toda la materia estuvo en un espacio mucho más chico: el Universo era más denso y más caliente. Hace unos 13.800 millones de años estaba en un estado así, y desde entonces se expande. Ese es el modelo del Big Bang.
Una segunda evidencia es la radiación cósmica de fondo: una luz muy tenue, que llega de todas las direcciones, emitida cuando el Universo era joven y caliente. Con la expansión se estiró hasta ser radiación de microondas, muy fría (unos 3 K). Es la «huella» de aquel pasado caliente. Otra evidencia es la abundancia de elementos ligeros (hidrógeno y helio), que coincide con lo que predice un Universo muy caliente al principio.
Volvé al principio: que casi todas las galaxias se alejen no nos pone en el centro; es el espacio el que se expande en todos lados.
La expansión del Universo se considera una de las evidencias a favor del Big Bang, junto con la radiación cósmica de fondo. a) Explicá el razonamiento que lleva de «las…
La expansión del Universo se considera una de las evidencias a favor del Big Bang, junto con la radiación cósmica de fondo.
- a) Explicá el razonamiento que lleva de «las galaxias se alejan entre sí hoy» a «en el pasado el Universo estuvo más denso y caliente».
- b) Indicá qué es la radiación cósmica de fondo y por qué se interpreta como una «huella» de ese pasado.
- c) Aclarale a un compañero por qué el Big Bang no fue una explosión en un punto del espacio ya existente.