Astrofísica

NGC 4414, una típica galaxia espiral en la constelación Coma Berenices, se trata de 56.000 años luz de diámetro y aproximadamente 60 millones de años luz de distancia

Astrofísica es la rama de la astronomía que se ocupa de las física del universo , incluyendo las propiedades físicas ( luminosidad, densidad , temperatura y química composición) de objetos celestes como estrellas , galaxias , y la medio interestelar, así como sus interacciones. El estudio de la cosmología es la astrofísica teórica en las escalas más grandes, donde Albert Einstein 's teoría general de la relatividad juega un papel importante.

Debido a que la astrofísica es un tema muy amplio, los astrofísicos aplican normalmente muchas disciplinas de la física, incluyendo mecánica, electromagnetismo , mecánica estadística , termodinámica , la mecánica cuántica , la relatividad , nuclear y física de partículas , y la física atómica y molecular. En la práctica, la investigación astronómica moderna implica una cantidad sustancial de la física. El nombre del departamento de una universidad ("astrofísica" o "astronomía") a menudo tiene que ver más con la historia del departamento que con el contenido de los programas. Astrofísica se puede estudiar en el solteros, maestros, y Ph.D. los niveles en ingeniería aeroespacial, la física, o departamentos de astronomía en muchas universidades .

Historia

Aunque la astronomía es tan antigua como la historia en sí, que se separó de largo desde el estudio de la física. En la aristotélica visión del mundo, el mundo celestial tendía hacia la perfección cuerpos en el cielo parecía ser esferas perfectas que se mueven en órbitas perfectamente circulares, mientras que el mundo terrenal parecía destinado a la imperfección; estos dos reinos no eran vistos como relacionada.

Aristarco de Samos (c.310 - c.250 aC) presentó por primera vez la idea de que los movimientos de los cuerpos celestes podrían explicarse suponiendo que la Tierra y los demás planetas del Sistema Solar orbitaban el Sol . Por desgracia, en el mundo geocéntrico del tiempo, Aristarco teoría heliocéntrica fue considerado extravagante y herética, y durante siglos, la vista al parecer de sentido común que el Sol y otros planetas fueron alrededor de la Tierra fue básicamente incuestionable. A continuación, un astrónomo, llamado Nicolás Copérnico , revivió el modelo heliocéntrico en el siglo 16 . En 1609 Galileo Galilei descubrió las cuatro lunas más brillantes de Júpiter , y documentó sus órbitas alrededor de ese planeta, lo que contradice el dogma geocéntrica de la Iglesia católica de su tiempo, y escapó al castigo grave sólo por sostener que la astronomía era una obra de matemáticas , no de la filosofía natural (física), y por lo tanto puramente abstracto.

La disponibilidad de datos observacionales precisos (principalmente desde el observatorio de Tycho Brahe) condujo a la investigación de las explicaciones teóricas para el comportamiento observado. Al principio, sólo fueron descubiertos reglas empíricas, como las leyes de Kepler del movimiento planetario , descubiertas en el inicio del siglo 17 . Más tarde ese mismo siglo, Isaac Newton puente entre las leyes de Kepler y la dinámica de Galileo, el descubrimiento de que las mismas leyes que rigen la dinámica de los objetos en la Tierra gobiernan el movimiento de los planetas y la luna. La mecánica celeste, la aplicación de Newton la gravedad y las leyes de Newton para explicar las leyes de Kepler del movimiento planetario, fue la primera unificación de la astronomía y la física.

Después de Isaac Newton publicó su libro, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , marítimo navegación se transformó. Comenzando alrededor 1670, se midió el mundo entero usando esencialmente modernos de latitud y los mejores instrumentos disponibles relojes . Las necesidades de la navegación siempre una unidad para las observaciones astronómicas e instrumentos cada vez más precisos, proporcionando un fondo de datos cada vez más disponibles para los científicos.

Al final de la siglo 19 , se descubrió que, cuando se descompone la luz del Sol, una multitud de líneas espectrales se observaron (regiones donde había menos o ninguna luz). Los experimentos con gases calientes mostraron que las mismas líneas se pueden observar en los espectros de gases, líneas específicas correspondientes a únicos elementos químicos . De esta manera se demostró que los elementos químicos que se encuentran en el sol (principalmente hidrógeno ) también fueron encontrados en la Tierra. De hecho, el elemento helio fue descubierto por primera vez en el espectro del Sol y sólo más tarde en la Tierra, de ahí su nombre. Durante el siglo 20 , la espectroscopia (el estudio de estas líneas espectrales) avanzado, sobre todo como consecuencia de la llegada de la física cuántica que era necesario entender las observaciones astronómicas y experimentales.

Ver también:

• Cronología de los conocimientos acerca de las galaxias, cúmulos de galaxias, y la estructura a gran escala
• Cronología de las enanas blancas, estrellas de neutrones, y supernovas
• Cronología de la física de los agujeros negro
• Cronología de la física gravitacional y la relatividad

Convertirse en un astrofísico

Para llegar a ser un astrónomo investigador clásico (alguien que dirige un telescopio, análisis de datos, publica artículos), los astrofísicos necesitan para obtener un Ph.D. grado. Posiciones de apoyo tales como operadores del telescopio, observadores y los desarrolladores de software normalmente requieren un título de licenciatura, aunque algunas posiciones pueden requerir un título de maestría o superior.

Astrofísica observacional

El Pléyades , un cúmulo abierto de estrellas observadas en el constelación de Tauro. NASA foto

La mayoría de las observaciones astrofísicas se realizan utilizando el espectro electromagnético.

• La radioastronomía estudia la radiación con una longitud de onda mayor que unos pocos milímetros. Las ondas de radio son normalmente emitidos por objetos calientes, que incluyen gas y polvo nubes interestelares. La radiación de fondo cósmico de microondas es el corrimiento al rojo la luz del Big Bang . Los púlsares se detectaron por primera vez en frecuencias de microondas. El estudio de estas ondas, requiere grandes radiotelescopios .
• La astronomía infrarroja estudia la radiación con una longitud de onda que es demasiado largo para ser visible pero más corta que las ondas de radio. Las observaciones infrarrojas son generalmente hechas con telescopios similares a los habituales ópticos telescopios. Objetos más frío que las estrellas (como planetas) son estudiadas normalmente a frecuencias infrarrojas.
• Astronomía óptica es el tipo más antiguo de la astronomía. Telescopios emparejado con un dispositivo de carga acoplada o espectroscopios son los instrumentos más comunes utilizados. De la Tierra atmósfera interfiere poco con observaciones ópticas, por lo óptica adaptativa y telescopios espaciales se utilizan para obtener la mejor calidad de imagen posible. En este rango, las estrellas son muy visibles, y muchos espectros químicos se pueden observar a estudiar la composición química de las estrellas, las galaxias y nebulosas.
• Ultravioleta , De rayos X y estudiar astronomía de rayos gamma procesos muy energéticos tales como púlsares binarios, los agujeros negros , magnetares, y muchos otros. Este tipo de radiación no penetran en la atmósfera de la Tierra también. Hay dos posibilidades para observar esta parte del espectro- electromagnética basados en tierra telescopios y basado en el espacio telescopios Cherenkov de fotografía aérea (IACT). Observatorios del primer tipo son RXTE, la Observatorio Chandra de rayos X y el Compton Gamma Ray Observatorio. IACTs son, por ejemplo, el Sistema Estereoscópico de Alta Energía (HESS) y el Telescopio MAGIC.

Aparte de la radiación electromagnética, pocas cosas pueden ser observadas desde la Tierra que se originan desde grandes distancias. Algunos observatorios de ondas gravitacionales se han construido, pero las ondas gravitacionales son muy difíciles de detectar. Observatorios de neutrinos también se han construido, principalmente para estudiar nuestro Sol Los rayos cósmicos que consisten en partículas de muy alta energía pueden observarse golpear la atmósfera de la Tierra.

Las observaciones también pueden variar en su escala de tiempo. La mayoría de las observaciones ópticas toman minutos a horas, por lo que los fenómenos que cambian más rápido que esto no rápida observación. Sin embargo, los datos históricos sobre algunos objetos están disponibles abarcan siglos o milenios. Por otra parte, las observaciones de radio pueden mirar eventos en una escala de tiempo de milisegundos ( milisegundo púlsares) o combinar años de datos ( púlsar estudios desaceleración). La información obtenida de estas diferentes escalas de tiempo es muy diferente.

El estudio de nuestro propio Sol tiene un lugar especial en la astrofísica observacional. Debido a la enorme distancia de todas las otras estrellas, el Sol se puede observar en una especie de detalle incomparable por cualquier otra estrella. Nuestra comprensión de nuestro propio sol sirve como guía para nuestra comprensión de otras estrellas.

El tema de cómo las estrellas cambian, o evolución estelar, a menudo se modela mediante la colocación de las variedades de tipos de estrellas en sus respectivas posiciones en el Diagrama de Hertzsprung-Russell, que puede ser visto como la representación del estado de un objeto estelar, desde el nacimiento hasta la destrucción. La composición del material de los objetos astronómicos menudo puede ser examinada usando:

• Espectroscopia
• La radioastronomía
• Astronomía de neutrinos (perspectivas de futuro)

Astrofísica Teórica

Nucleosíntesis
Nucleosíntesis estelar Nucleosíntesis del Big Bang Supernova nucleosíntesis Espalación de rayos cósmicos
Temas relacionados
Astrofísica Fusión nuclear R-proceso S-proceso Fisión nuclear

Astrofísicos teóricos utilizan una amplia variedad de herramientas que incluyen modelos analíticos (por ejemplo, polytropes para aproximar el comportamiento de una estrella ) y computacional simulaciones numéricas. Cada uno tiene algunas ventajas. Los modelos analíticos de un proceso son generalmente mejores para dar una idea de la esencia de lo que está pasando. Los modelos numéricos pueden revelar la existencia de fenómenos y efectos que de otro modo no se ve.

Los teóricos de la astrofísica esfuerzo para crear modelos teóricos y averiguar las consecuencias observacionales de esos modelos. Esto ayuda a permitir que observadores para buscar datos que pueden refutar un modelo o ayudarle en la elección entre varios modelos alternativos o conflictivos.

Los teóricos también tratan de generar o modificar los modelos a tener en cuenta los nuevos datos. En el caso de una inconsistencia, la tendencia general es tratar de hacer modificaciones mínimas al modelo para ajustar los datos. En algunos casos, una gran cantidad de datos inconsistentes con el tiempo puede llevar al abandono total de un modelo.

Los temas estudiados por los astrofísicos teóricos incluyen: dinámica estelar y la evolución; formación de las galaxias; estructura a gran escala de la materia en el Universo ; origen de los rayos cósmicos; relatividad general y cosmología física , incluyendo cadena cosmología y la física de astropartículas. Relatividad Astrophysical sirve como una herramienta para medir las propiedades de las estructuras a gran escala para la que la gravitación desempeña un papel importante en los fenómenos físicos investigados y como base para el agujero negro (astro) la física y el estudio de ondas gravitacionales.

Algunas teorías y modelos ampliamente aceptados y estudiados en astrofísica, ahora se incluyen en el Modelo Lambda-CDM son el Big Bang , la inflación cósmica , la materia oscura , y las teorías fundamentales de la física .

Unos pocos ejemplos de este proceso:

La materia oscura y la energía oscura son los temas principales actuales en astrofísica, ya que su descubrimiento y la controversia se originó durante el estudio de las galaxias.