¿Quién es el conferencista? - Instituto de Astronomía Ensenada
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¿Quién es el conferencista? Luis A. Aguilar aguilar@astrosen.unam.mx Instituto de Astronomía Universidad Nacional Autónoma de México Observatorio Astronómico Nacional de México ¿De dónde viene? Ensenada, Baja California, M₫xico ¿Qué es lo que hace? Existen dos tipos de Astronomía ... ¿Qué es lo que hace? Existen dos tipos de Astronomía ... La observacional ... y la teórica. ¿Qué hace el Astrónomo Observacional? Los Astrónomos Observacionales son los descubridores ..... ¡Con razón no has descubierto nada en quince años! ¡No has quitado la tapa del lente! ¿Qué hace el Astrónomo Observacional? Los Astrónomos Observacionales son los descubridores ..... y su principal herramienta es el telescopio. ¡Con razón no has descubierto nada en quince años! ¡No has quitado la tapa del lente! ¿y qué hace el Astrónomo Teórico? Los Astrónomos Teóricos son los que explican ..... Yo creo que debes ser más explícito aquí ¿y qué hace el Astrónomo Teórico? Los Astrónomos Teóricos son los que explican ..... y su principal herramienta es la computadora. Yo creo que debes ser más explícito aquí ¿Qué son los agujeros negros? Pero primero, ¿Qué es la gravedad? Nuestra historia comienza en el siglo XVII, cuando un científico inglés llamado Isaac Newton, descansaba bajo un manzano ...... Pero primero, ¿Qué es la gravedad? Newton se preguntó si lo que hace que las manzanas caigan al suelo, es lo mismo que hace que la luna de vueltas alrededor de la Tierra. ¿Qué es la gravedad? Newton se imaginó estar en la cima de una montaña muy alta arrojando piedras con velocidad cada vez mayor. El pensó que las piedras llegarían cada vez más lejos, hasta que ...... ¿Qué es la gravedad? Newton se imaginó estar en la cima de una montaña muy alta arrojando piedras con velocidad cada vez mayor. El pensó que las piedras llegarían cada vez más lejos, hasta que ...... ¡una le pegaría en la nuca! ¿Qué es la gravedad? Newton se imaginó estar en la cima de una montaña muy alta arrojando piedras con velocidad cada vez mayor. El pensó que las piedras llegarían cada vez más lejos, hasta que ...... ¡una le pegaría en la nuca! ¡A lo mejor esta es la forma en que la luna "vuela" alrededor de la Tierra! ¿Qué es la gravedad? Newton llamó a la fuerza responsable de que las manzanas caigan al suelo, y de que las lunas y planetas vuelen alrededor de planetas y soles: ¡Gravedad! Newton demostró que los cielos y la Tierra son gobernados por la misma fuerza, y que el intelecto humano puede entenderla. ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? En la antigüedad (y aún hoy en día), mucha gente pensaba que los objetos pesados caen más rápido que los ligeros ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? Galileo Galilei, un científico italiano del siglo XVII pensaba que esto no era así .... ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? Galileo Galilei, un científico italiano del siglo XVII pensaba que esto no era así .... ... de acuerdo a la historia popular, el dejó caer objetos pesados y ligeros desde el último piso de la torre inclinada de Pisa y demostró ¡que todos los objetos caen de igual manera! ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? El incluso ideó un "experimento pensado" para convencer a otros de su resultado, ya que en su época no se acostumbraba verficar resultados por medio de experimentos ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? La prueba "pensada" de Galileo usa una estrategia que los matemáticos llaman "reducción al absurdo", en ella uno parte suponiendo correcto lo que uno trata de probar falso y demuestra que esto lleva a una contradicción ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? La prueba "pensada" de Galileo usa una estrategia que los matemáticos llaman "reducción al absurdo", en ella uno parte suponiendo correcto lo que uno trata de probar falso y demuestra que esto lleva a una contradicción Empezamos soltando dos objetos de peso diferente y, aceptando la creencia popular, suponemos que el objeto más pesado cae más rápido. ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? La prueba "pensada" de Galileo usa una estrategia que los matemáticos llaman "reducción al absurdo", en ella uno parte suponiendo correcto lo que uno trata de probar falso y demuestra que esto lleva a una contradicción Repetimos ahora el experimento pero con los dos objetos amarrados. El objeto pesado "quiere" caer rápidamente, pero el objeto ligero le estorba y lo retrasa. El objeto ligero "quiere" caer lentamente, pero el objeto pesado lo empuja y lo hace ir más rápido. De acuerdo a este razonamiento, el objeto combinado debe caer a una velocidad intermedia: más lento que el objeto pesado solo, pero más rápido que el objeto ligero. ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? La prueba "pensada" de Galileo usa una estrategia que los matemáticos llaman "reducción al absurdo", en ella uno parte suponiendo correcto lo que uno trata de probar falso y demuestra que esto lleva a una contradicción ... pero el objeto combinado es más pesado que cualquiera de los objetos individuales y, por tanto, de acuerdo a lo que hemos supuesto, ¡debiera caer más rápido! Asi que, ¿a qué velocidad cae? ¿Cáen todos los objetos de la misma manera? Hoy en día sabemos que Galileo tenía razón: Todos los objetos caen con la misma aceleración (¡incluso la plumas!). Como veremos, este resultado aparentemente trivial, tiene consecuencias profundas. ¿Qué pasa cuando un objeto no cae libremente? Si ahora lanzamos una pelota, notamos que sigue una trayectoria curva, o más recta, dependiendo de si lanzamos la pelota con poca, o mucha velocidad ¿Qué pasa cuando un objeto no cae libremente? Si ahora lanzamos una pelota, notamos que sigue una trayectoria curva, o más recta, dependiendo de si lanzamos la pelota con poca, o mucha velocidad Pero, ¿són realmente diferentes estas trayectorias? ¿Qué pasa cuando un objeto no cae libremente? Examinemos esto en cámara lenta Imaginemos que tomamos película de ámbos lanzamientos y ponemos los cuadros de las dos películas, al lado unos de otros, de manera que los puntos más altos coinciden ¿Qué pasa cuando un objeto no cae libremente? Examinemos esto en cámara lenta Imaginemos que tomamos película de ámbos lanzamientos y ponemos los cuadros de las dos películas, al lado unos de otros, de manera que los puntos más altos coinciden Descubriremos que, ¡ámbas trayectorias coinciden! ¿Qué pasa cuando un objeto no cae libremente? Examinemos esto en cámara lenta Imaginemos que tomamos película de ámbos lanzamientos y ponemos los cuadros de las dos películas, al lado unos de otros, de manera que los puntos más altos coinciden Descubriremos que, ¡ámbas trayectorias coinciden! De manera que todos los objetos que se mueven bajo la influencia de la gravedad, lo hacen siguiendo trayectorias idénticas, si las observamos no sólo en el espacio, sino en el espacio y el tiempo. ¿Por qué todo se mueve de igual manera bajo la gravedad? Esto es un hecho realmente asombroso que debe decirnos algo muy profundo sobre la gravedad, ya que ninguna otra fuerza actúa así ¿Por qué todo se mueve de igual manera bajo la gravedad? Este es un hecho realmente asombroso que debe decirnos algo muy profundo sobre la gravedad, ya que ninguna otra fuerza actúa así En los primeros años del siglo XX, había un empleado en la oficina suiza de patentes que pensaba que este hecho debía tener una explicación Su nombre era Albert Einstein ¿Por qué todo se mueve de igual manera bajo la gravedad? Veamos si podemos encontrar el significado de esto por medio de una analogía .... Cuando un camino está despejado, podemos ver que los vehículos transitan a velocidades diferentes: los autos, por ejemplo, se mueven a mayor velocidad que los camiones. ¿Por qué todo se mueve de igual manera bajo la gravedad? Veamos si podemos encontrar el significado de esto por medio de una analogía .... Pero a veces, todos los vehículos se mueven a la misma velocidad, sin importar de que tipo son. Cuando un camino está despejado, podemos ver que los vehículos transitan a velocidades diferentes: los autos, por ejemplo, se mueven a mayor velocidad que los camiones. ¿Por qué todo se mueve de igual manera bajo la gravedad? Veamos si podemos encontrar el significado de esto por medio de una analogía .... Pero a veces, todos los vehículos se mueven a la misma velocidad, sin importar de que tipo son. Cuando un camino está despejado, podemos ver que los vehículos transitan a velocidades diferentes: los autos, por ejemplo, se mueven a mayor velocidad que los camiones. Cuando esto ocurre, la causa no está en los vehículos, sino en el camino: estan arreglando el camino, hay un accidente, un obstáculo, o un bache en el camino. ¿Por qué todo se mueve de igual manera bajo la gravedad? Albert Einstein fue el primero en darse cuenta que la gravedad es un "bache" en el camino ¿Por qué todo se mueve de igual manera bajo la gravedad? Albert Einstein fue el primero en darse cuenta que la gravedad es un "bache" en el camino Solo que en este caso, el "bache" está en el espacio-tiempo. Entonces, ¿Qué es la gravedad? Cuando nos movemos sobre una superficie curva, nuestras trayectorias pueden converger o diverger, dependiendo de la forma de la superficie Si no nos damos cuenta de que nos movemos sobre una superficie curva, pensaremos que hay una fuerza atractiva o repulsiva, dependiendo de la superficie sobre la que andamos ¿Qué es la gravedad? ¡Y esto es la gravedad! No una fuerza, sino una curvatura en el espacio y el tiempo Einstein se dió cuenta de que los objetos en el Universo curvan el espacio y el tiempo alrededor de ellos, y esta curvatura es lo que percibimos como una fuerza atractiva. ¿Qué tan poderosa puede ser la gravedad? La curvatura del espacio-tiempo depende de la masa y el tamaño del objeto: entre más masivo y denso, más fuerte su gravedad La Tierra produce una gravedad más fuerte que la de la luna ¿Qué tan poderosa puede ser la gravedad? La curvatura del espacio-tiempo depende de la masa y el tamaño del objeto: entre más masivo y denso, más fuerte su gravedad La Tierra produce una gravedad más fuerte que la de la luna Esta es la razón por la que los astronautas de la misión Apolo necesitaron un cohete muy poderoso para salir de la Tierra, y solo un cohete pequeño para dejar la luna. ¿Qué tan poderosa puede ser la gravedad? La magnitud de la gravedad producida por un objeto puede ser medida por medio de la llamada "velocidad de escape". Esta es la velocidad mínima requerida para escapar de la atracción gravitacional de un objeto. Para la Tierra es 11 km/s (39,600 km/h), para la luna es 1.7 km/s (6,120 km/h). ¿Qué tan poderosa puede ser la gravedad? La magnitud de la gravedad producida por un objeto puede ser medida por medio de la llamada "velocidad de escape". Para Júpiter, el planeta más grande y masivo del Sistema Solar, es 59.6 km/s (214,560 km/h) Para el Sol, alcanza un valor de ¡617.7 km/s (2,223,720 km/h)! ¿Qué tan poderosa puede ser la gravedad? ¿Qué pasaría si la gravedad se volviera tan poderosa, que la velocidad de escape fuera igual a la velocidad de la luz? ¿Qué tan poderosa puede ser la gravedad? ¿Qué pasaría si la gravedad se volviera tan poderosa, que la velocidad de escape fuera igual a la velocidad de la luz? ¿Podemos imaginarnos lo que sucedería? ¿Puede la luz ser afectada por la gravedad? ¿Puede la gravedad realmente "doblar" los rayos de luz? Como la gravedad es una curvatura del espacio-tiempo, afecta todo, incluso a la luz ¿Puede la luz ser afectada por la gravedad? ¿Puede la gravedad realmente "doblar" los rayos de luz? Como la gravedad es una curvatura del espacio-tiempo, afecta todo, incluso a la luz ¿pero cómo podemos notar esto? (y verificar si Einstein esta en lo correcto) Einstein mismo se dió cuenta de que la mejor de las circunstancias se presentaría durante un eclipse total de Sol: la luz de una estrella lejana que pasa rasante sobre el borde del Sol, sería deflectada por la gravedad poderosa del Sol, y su imagen aparecería desplazada en el cielo. ¿Puede la luz ser afectada por la gravedad? ¿Puede la gravedad realmente "doblar" los rayos de luz? Como la gravedad es una curvatura del espacio-tiempo, afecta todo, incluso a la luz ¿pero cómo podemos notar esto? (y verificar si Einstein esta en lo correcto) Einstein mismo se dió cuenta de que la mejor de las circunstancias se presentaría durante un eclipse total de Sol: la luz de una estrella lejana que pasa rasante sobre el borde del Sol, sería deflectada por la gravedad poderosa del Sol, y su imagen aparecería desplazada en el cielo. Este es un dibujo que hizo Einstein ilustrando lo que pasaría ¿Puede la luz ser afectada por la gravedad? En 1914, varios astrónomos alemanes organizaron una expedición a Rusia para observar un eclipse solar y verificar las ideas de Einstein. Desafortunadamente, la Primera Guerra Mundial empezó y fueron encarcelados. No fue sino hasta el final de esa guerra que el astrónomo inglés Arthur Eddington organizó una expedición a Africa para observar otro eclipse solar. ¿Puede la luz ser afectada por la gravedad? En 1914, varios astrónomos alemanes organizaron una expedición a Rusia para observar un eclipse solar y verificar las ideas de Einstein. Desafortunadamente, la Primera Guerra Mundial empezó y fueron encarcelados. No fue sino hasta el final de esa guerra que el astrónomo inglés Arthur Eddington organizó una expedición a Africa para observar otro eclipse solar. ¡La expedición confirmó la predicción de Einstein! Y desde entonces, ¡Einstein se volvió una celebridad! Lentes gravitacionales La desviación de la luz producida por la gravedad da lugar al fenómeno llamado "lente gravitacional" Si hay un objeto muy masivo a lo largo de la línea visual a una estrella distante, habrá rayos de luz de la estrella que no venian hacia nosotros, pero que serán desviados hacia nosotros produciendo distorsiones o imágenes múltiples. Lentes gravitacionales Esta es una simulación por computadora del efecto de un lente gravitacional en una imagen familiar CASTLES Survey Lentes gravitacionales El telescopio espacial Hubble ha observado un gran número de lentes gravitacionales en el cielo Lentes gravitacionales Hay lentes gravitacionales tan grandes como todo un cúmulo de galaxias Nadie duda ahora la realidad de la curvatura en el espacio-tiempo producida por la gravedad Entonces, ¿Qué son los agujeros negros? Cuando la gravedad es tan fuerte que la velocidad de escape alcanza la velocidad de la luz, entonces nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Esto es un agujero negro ¿Qué son los agujeros negros? ¿Puede algo escapar la atracción de un agujero negro? Todo depende de que tan cerca estemos del agujero negro. Si estamos lejos, notaremos apenas su presencia, pero a medida que nos acerquemos, la atracción gravitacional se incrementa y la velocidad de escape aumenta ¿Qué son los agujeros negros? Si iluminamos con una lámpara de mano a medida que nos acercamos a un agujero negro, veríamos el haz de luz desviarse cada vez mas hacia este. ¿Qué son los agujeros negros? Si iluminamos con una lámpara de mano a medida que nos acercamos a un agujero negro, veríamos el haz de luz desviarse cada vez mas hacia este. Al lugar desde donde ni siquiera la luz puede escapar, se le llama "horizonte de eventos" El horizonte de eventos es la superficie esférica que encierra la región del espacio-tiempo de donde nada puede escapar ¿Qué aspecto tienen los agujeros negros? Si ni siquiera la luz puede escapar, ¿qué aspecto tiene un agujero negro? "es negro y parece un agujero, yo digo que es un agujero negro" ¿Qué aspecto tiene los agujeros negros? La región dentro de un horizonte de eventos aparecerá completamente oscura a un observador externo. Un poco más afuera, los rayos de luz serán desviados fuértemente pero podrán escapar Simulación por computadora del aspecto de un agujero negro contra un fondo estrellado ¿Qué aspecto tienen los agujeros negros? ¡y por esto es que se les conoce como agujeros negros! El físico americano John Archibald Wheeler les dió este nombre en 1968 ¿Cómo se forma un agujero negro? Para crear un agujero negro, necesitamos comprimir un objeto muy masivo ¿Cómo se forma un agujero negro? Para crear un agujero negro, necesitamos comprimir un objeto muy masivo ¡Como una estrella gigante! ¿Cómo se forma un agujero negro? Hay estrellas enormes que terminan su vida con una inmensa explosión: ¡Supernovas! Una supernova puede brillar por un momento tanto como una galaxia completa Supernova 1987A en la Nube Mayor de Magallanes ¿Cómo se forma un agujero negro? Cuando una estrella gigante explota como supernova, la mayor parte de su masa es expulsada, mientras que el núcleo central se colapsa formando un objeto muy masivo y denso: ¡un agujero negro! Eta Carinae, una estrella de nuestra galaxia que se crée esta a punto de explotar como supernova ¿Cómo se forma un agujero negro? Otra posibilidad ocurre en algunas estrellas binarias En estos sistemas binarios, una estrella pequeña y densa, pero con una gravedad poderosa, le roba gas a su compañera. El gas arrancado cae hacia la estrella masiva dando vueltas y formando lo que se llama un disco de acreción Cuando la cantidad de gas acumulada supera un límite, la estrella densa se colapsa y forma un agujero negro. En este caso, la parte central del disco de acreción se vuelve oscuro, en lugar de brillar intensamente como antes. ¿Cómo podemos saber que hay un agujero negro? Como hemos visto, cuando hay materia que cae a un agujero negro, ésta lo hace dando vueltas cada vez más rápido en un disco de acreción. El gas se calienta mucho y algo puede escapar por los polos en forma de chorros a gran velocidad. Ilustración del centro de un disco de acreción donde se origina un chorro de gas a gran velocidad Ilustración de un sistema binario con dos discos de acreción con chorros de gas emanando de cada uno ¿Cómo podemos saber que hay un agujero negro? Un agujero negro puede “alimentarse” también de gas al atrapar parte del material de una estrella desafortunada que pase cerca. http://chandra.harvard.edu Animación que muestra la destrucción de una estrella al pasar muy cerca de un agujero negro ¿Cómo podemos saber que hay un agujero negro? Se crée que en la mayoría de las galaxias brillantes hay un agujero negro muy grande que puede producir chorros de gas expelidos a gran velocidad http://chandra.harvard.edu Animación de un agujero negro en el centro de una galaxia ¿Existen los agujeros negros? ¿Pero se ha visto algo así? Hay algunas galaxias en el Universo que presentan dos lóbulos muy brillantes de emisión de ondas de radio que aparecen a ámbos lados de ellas. Se les conoce como "radio galaxias". Cygnus A es un ejemplo muy prominente. ¿Existen los agueros negros? ¿Es este un caso aislado? Existe todo un zoológico de estos objetos en el Universo, y el único objeto conocido, lo suficientemente poderoso como para producir estos chorros, que alcanzan longitudes de hasta decenas de millones de años luz, es .... .... un ¡agujero negro! ¿Existe un agujero negro en el centro de nuestra galaxia? Como hemos visto, hay agujeros negros que acechan en los centros de las radio galaxias. ¿Hay alguno en el centro de nuestra galaxia? Desde hace tiempo los astrónomos han sospechado que hay un agujero negro en el centro de nuestra galaxia. ¿pero cómo podriamos saber? Una manera es por medio de su efecto en los alrededores. ¿Existe un agujero negro en el centro de nuestra galaxia? Como hemos visto, hay agujeros negros que acechan en los centros de las radio galaxias. ¿Hay alguno en el centro de nuestra galaxia? Observando el centro de nuestra galaxia, los astrónomos han descubierto grandes nubes de gas que se mueven en espirales hacia el centro, donde hay algo que no alcanzamos a distinguir ¿Existe un agujero negro en el centro de nuestra galaxia? Como hemos visto, hay agujeros negros que acechan en los centros de las radio galaxias. ¿Hay alguno en el centro de nuestra galaxia? En el mero centro de nuestra galaxia, dentro de una región de 10 días-luz (3 veces el tamaño de la órbita de Plutón), se han descubierto estrellas moviéndose tan rápido, que solo algo muy masivo, e invisible, puede causar sus movimientos. ¿Existe un agujero negro en el centro de nuestra galaxia? Se estima que el agujero negro en el centro de nuestra galaxia tiene una masa de un poco más de 2 millones la masa del Sol. Espero que hayan disfrutado la plática y aprendido algo nuevo
