Astrofísica
Informações de fundo
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Astrofísica é o ramo da astronomia que trata das física do universo , incluindo as propriedades físicas ( luminosidade, densidade , temperatura , e química composição) de objetos celestes, como estrelas , galáxias , eo meio interestelar, assim como suas interações. O estudo da cosmologia é astrofísica teóricas em escalas maiores, onde Albert Einstein 's teoria da relatividade geral desempenha um papel importante.
Porque astrofísica é um assunto muito amplo, os astrofísicos tipicamente aplicar muitas disciplinas de física, incluindo mecânica, eletromagnetismo , mecânica estatística , termodinâmica , mecânica quântica , relatividade , nuclear e física de partículas , e física atômica e molecular. Na prática, a pesquisa astronômica moderna envolve uma quantidade substancial da física. O nome do departamento de uma universidade ("astrofísica" ou "astronomia") muitas vezes tem a ver mais com a história do departamento do que com o conteúdo dos programas. Astrofísica pode ser estudado no solteiros, mestres, e Ph.D. em níveis engenharia aeroespacial, física, astronomia ou departamentos em muitas universidades .
História
Embora a astronomia é tão antiga quanto a história gravada em si, foi muito tempo separado do estudo da física. No aristotélica visão de mundo, o mundo celestial tenderam em direção à perfeição-corpos no céu parecia estar esferas perfeitas que se deslocam em órbitas perfeitamente circulares-enquanto o mundo terreno parecia destinado a imperfeição; esses dois reinos não eram vistos como relacionados.
Aristarco de Samos (c.310 - c.250 aC) apresentou pela primeira vez a noção de que os movimentos dos corpos celestes pode ser explicado assumindo que a Terra e todos os outros planetas do Sistema Solar orbitou o Sol . Infelizmente, no mundo geocêntrica do tempo, Aristarco ' teoria heliocêntrica foi considerada estranha e herege, e, durante séculos, a vista, aparentemente, de senso comum que o Sol e outros planetas deu a volta a Terra foi basicamente inquestionável. Em seguida, um astrônomo, chamado Nicolaus Copernicus , reviveu o modelo heliocêntrico no século 16 . Em 1609 Galileo Galilei descobriu as quatro luas mais brilhantes de Júpiter , documentadas e suas órbitas sobre o planeta, o que contradizia o dogma geocêntrica do Igreja Católica de seu tempo, e escapou punição grave apenas por sustentar que sua astronomia era uma obra de matemática , não da filosofia natural (física) e, portanto, puramente abstrato.
A disponibilidade de dados observacionais precisos (principalmente do observatório de Tycho Brahe), levou à investigação de explicações teóricas para o comportamento observado. Na primeira, única regras empíricas foram descobertos, como Leis de Kepler , descobertos no início do século 17 . Mais tarde, naquele século, Isaac Newton a ponte entre as leis de Kepler e dinâmicas de Galileu, descobrindo que as mesmas leis que regem a dinâmica de objetos na Terra governar o movimento dos planetas e da lua. Mecânica celeste, a aplicação de newtoniana gravidade e as leis de Newton para explicar Leis de Kepler, foi a primeira unificação da astronomia e física.
Depois de Isaac Newton publicou seu livro, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , marítimo navegação foi transformada. Começando por volta de 1670, o mundo inteiro foi medido utilizando essencialmente modernos latitude instrumentos e os melhores disponíveis relógios . As necessidades de navegação fornecida uma unidade para observações astronômicas progressivamente mais precisas e instrumentos, proporcionando um fundo para os dados cada vez mais disponíveis para os cientistas.
No final do século 19 , foi descoberto que, ao decompor a luz do sol, uma multiplicidade de linhas espectrais foram observados (regiões onde havia menos ou nenhuma luz). Experiências com gases quentes mostraram que as mesmas linhas pode ser observado nos espectros de gases, linhas específicas correspondentes aos únicos elementos químicos . Desta forma, provou-se que os elementos químicos encontrados no Sol (principalmente hidrogênio ) também foram encontradas na Terra. Na verdade, o elemento de hélio foi descoberto pela primeira vez no espectro do Sol e só mais tarde na Terra, daí o seu nome. Durante o século 20 , espectroscopia (o estudo dessas linhas espectrais) avançou, principalmente como resultado do advento da física quântica que era necessário para compreender as observações astronômicas e experimentais.
Veja também:
- Timeline de conhecimento sobre galáxias, aglomerados de galáxias, e estrutura de grande escala
- Timeline das anãs brancas, estrelas de nêutrons, e supernovas
- Cronologia da física dos buracos negros
- Timeline da física gravitacional ea relatividade
Tornando-se um astrofísico
Para se tornar um astrônomo pesquisa clássica (alguém que dirige um telescópio, analisa dados, publica artigos), os astrofísicos precisa para obter um Ph.D. grau. Posições de apoio, como os operadores do telescópio, observadores e desenvolvedores de software normalmente exigem um grau de bacharel, embora algumas posições podem exigir um mestrado ou superior.
Astrofísica observacional
A maior parte das observações astrofísicas são feitas usando o espectro eletromagnético.
- A radioastronomia estuda radiação com um comprimento de onda maior do que alguns milímetros. As ondas de rádio são geralmente emitida por objetos frios, incluindo nuvens de gás interestelar e do pó. A radiação cósmica de fundo é o desvio para o vermelho de luz a partir do Big Bang . Os pulsares foram inicialmente detectados em freqüências de microondas. O estudo dessas ondas exige muito grandes radiotelescópios .
- Astronomia infravermelha estuda radiação com um comprimento de onda que é muito longo para ser visível, mas mais curto do que as ondas de rádio. Observações no infravermelho são normalmente feitas com telescópios similares aos habituais ópticos telescópios. Objetos mais frio do que estrelas (tais como planetas) são normalmente estudados a frequências infravermelhas.
- Astronomia óptica é o tipo mais antigo de astronomia. Telescópios emparelhado com um dispositivo de acoplamento de carga ou spectroscopes são os instrumentos mais comuns utilizados. O terrestre atmosfera interfere um pouco com observações ópticos, assim óptica adaptativa e telescópios espaciais são usados para obter a melhor qualidade de imagem possível. Neste intervalo, estrelas são altamente visíveis, e muitos espectros químicos pode ser observado a estudar a composição química de estrelas, galáxias e nebulosas.
- Ultravioleta , De raios-X e gamma estudo astronomia de raios processos muito energéticos, tais como pulsares binários, buracos negros , magnetares, e muitos outros. Estes tipos de radiação não penetram a atmosfera terrestre bem. Há duas possibilidades para observar esta parte do spectrum- eletromagnética baseado no chão telescópios e baseado no espaço imaging telescópios Cherenkov ar (iACT). Observatórios do primeiro tipo são RXTE, o Chandra X-ray Observatory eo Compton Gamma Ray Observatory. IACTs são, por exemplo, a High Energy Stereoscopic Sistema (HESS) eo Telescópio MAGIC.
Com excepção da radiação eletromagnética, algumas coisas podem ser observados a partir da Terra, que se originam de grandes distâncias. Poucos observatórios de ondas gravitacionais foram construídas, mas as ondas gravitacionais são extremamente difíceis de detectar. Observatórios de neutrinos também têm sido construídas, principalmente para estudar a nossa Sun. Os raios cósmicos que consistem em partículas de energia muito alta pode ser observada bater a atmosfera da Terra.
Observações também pode variar na sua escala de tempo. A maioria das observações ópticas tomar minutos a horas, então fenômenos que mudam mais rápido do que isso não pode ser facilmente observado. No entanto, os dados históricos sobre alguns objetos está disponível abrangendo ou séculos milênios. Por outro lado, observações de rádio pode olhar para eventos em uma escala de tempo de milissegundos ( milissegundo pulsares) ou combinar anos de dados ( pulsar estudos desaceleração). A informação obtida a partir destes diferentes escalas de tempo é muito diferente.
O estudo de nosso próprio Sol tem um lugar especial em astrofísica observacional. Devido à enorme distância de todas as outras estrelas, o Sol pode ser observado em um tipo de detalhe inigualável por qualquer outra estrela. Nossa compreensão do nosso próprio Sol serve como um guia para a nossa compreensão de outras estrelas.
O tema de como as estrelas mudam, ou evolução estelar, é muitas vezes modelado colocando as variedades de tipos estrela em suas respectivas posições no Diagrama Hertzsprung-Russell, que pode ser visto como representando o estado de um objecto estelar, desde o nascimento até destruição. A composição do material dos objetos astronômicos podem muitas vezes ser examinada usando:
- Espectroscopia
- A radioastronomia
- Neutrino astronomia (perspectivas futuras)
Astrofísica teórica
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| Tópicos relacionados |
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Astrophysicists teóricas usar uma ampla variedade de ferramentas que incluem modelos analíticos (por exemplo, polytropes para aproximar os comportamentos de uma estrela ) e computacional simulações numéricas. Cada um tem algumas vantagens. Modelos analíticos de um processo são geralmente melhor para dar uma visão sobre o coração do que está acontecendo. Os modelos numéricos podem revelar a existência de fenômenos e efeitos que de outra forma não ser visto.
Os teóricos da astrofísica esforço para criar modelos teóricos e descobrir as consequências observacionais desses modelos. Isso ajuda a permitir que observadores para procurar dados que podem refutar um modelo ou ajudar na escolha entre vários modelos alternativos ou conflitantes.
Os teóricos também tentar gerar ou modificar modelos de ter em conta novos dados. No caso de uma discrepância, a tendência geral é para tentar fazer modificações mínimas para o modelo para ajustar os dados. Em alguns casos, uma grande quantidade de dados inconsistentes ao longo do tempo pode levar ao abandono total de um modelo.
Tópicos estudadas pelos astrofísicos teóricos incluem: dinâmica estelar e evolução; formação de galáxias; estrutura em larga escala de matéria no Universo ; de origem raios cósmicos; relatividade geral e cosmologia física , incluindo corda e cosmologia física de astropartículas. Relatividade astrophysical serve como uma ferramenta para avaliar as propriedades de estruturas de grande escala para o qual gravitação desempenha um papel importante nos fenómenos físicos e investigado como a base para o buraco negro (Astro) física e o estudo de ondas gravitacionais.
Algumas teorias e modelos amplamente aceitos e estudados em astrofísica, agora incluído no Modelo Lambda-CDM são o Big Bang , a inflação cósmica , a matéria escura , e teorias fundamentais da física .
Alguns exemplos deste processo:
| Processo físico | Ferramenta experimental | Modelo teórico | Explica / prediz |
| Gravitação | Radiotelescópios | Sistema de auto-gravitando | Surgimento de uma sistema de estrelas |
| A fusão nuclear | Espectroscopia | Evolução estelar | Como as estrelas brilham e como metais formado |
| O Big Bang | O Telescópio Espacial Hubble , COBE | Universo em expansão | Idade do Universo |
| Flutuações quânticas | Inflação cósmica | Problema da planura | |
| Colapso gravitacional | Astronomia de raios-X | A relatividade geral | Os buracos negros no centro da galáxia de Andrômeda |
| Ciclo CNO em estrelas |
A matéria escura e energia escura são os temas principais atuais da astrofísica, como a sua descoberta e controvérsia surgiu durante o estudo das galáxias.
