Ricardo Alejos Astronoma

Preguntas de repaso 3PREGUNTA 1EnunciadoSon las estrellas dobles lo mismo que las estrellas binarias? Las supernovas de tipo son las explosiones de unas estrellas llamadas enanas blancas cuando se encuentran en un sistema doble (explicado en la respuesta anterior). Las enanas blancas son estrellas pequeas pero muy pesadas, que en el caso de las supernovas son tan pesadas que su campo de gravedad es muy intenso y logra arrebatarle material a su estrella compaera del sistema binario. Conforme le roba material se forma un disco de acrecin alrededor de la estrella blanca y el material va cayendo en la estrella y hacindola ms pesada todava. Vea la Ilustracin 1.

RespuestaNo. Las estrellas dobles son un par de estrellas que tienen la apariencia de estar muy cerca una de la otra. Si adems de tener la apariencia, se encuentran muy cerca una de la otra en el espacio y tienen interaccin gravitacional mutua, entonces se les llama estrellas binarias. Por otro lado, si se trata nada ms de la apariencia, pero realmente las estrellas no estn prximas en el espacio y no interactan gravitacionalmente entonces reciben el nombre de estrellas dobles pticas.

PREGUNTA 2EnunciadoExplica brevemente el fenmeno conocido como supernova tipo .Ilustracin 1. Supernova tipo en el proceso de absorcin de material por la enana blanca.

RespuestaLas supernovas son, en general, explosiones estelares muy luminosas que normalmente estn relacionadas con las etapas finales de la vida de las estrellas. Estas explosiones son tan luminosas que llegan a ser casi tan luminosas que la luz combinada de las estrellas de la galaxia en la que se encuentran (normalmente referida como galaxia husped).

Cuando la enana blanca ha almacenado demasiado material, sufre un colapso gravitacional (la estrella cae sobre s misma), la presin y la energa aumenta a niveles tales que sucede la gran explosin descrita anteriormente.

PREGUNTA 3EnunciadoExplica brevemente el fenmeno conocido como supernova de tipo . 1

Ricardo Alejos Astronoma

RespuestaLas supernovas de tipo se producen cuando las estrellas ya han irradiado tanta energa que la energa que poseen ya no es la suficiente para evitar el colapso gravitacional por su gran masa. Es decir, la fuerza con la que la estrella expulsa material ya es menor que su propia fuerza de gravedad, que impulsa el material hacia el centro de la estrella y entonces la estrella cae sobre s misma, produciendo una onda de choque y luego una explosin. Cuando se produce el colapso, el ncleo llega a tener tanta energa que emite fotones con tanta energa que son capaces de desintegrar elementos pesados como el hierro en partculas muy pequeas (partculas alfa y neutrones).

PREGUNTA 5EnunciadoCules son los restos compactos de estrellas dependiendo de la masa de la estrella de la cual se formaron?

RespuestaEl proceso de muerte de una estrella puede desembocar a tres resultados: la formacin de una enana blanca (hasta masas solares), de una estrella de neutrones (de a masas solares), una estrella de quarks (caso parecido al anterior), o de un agujero negro (ms de masas solares). Las estrellas de neutrones (frecuentemente referidas tambin como pulsares) son estrellas muy densas. Su radio es mucho menor que el de las estrellas ordinarias, algunas llegan a tener un radio de hasta , pero teniendo por ejemplo veces la masa del sol. Un dato curioso al respecto es que de esta materia pesara millones de toneladas aqu en la Tierra. La aceleracin de la gravedad en las estrellas de neutrones es mil millones de veces ms que la de la tierra. Un objeto soltado a un metro de distancia del suelo cae a una veloci al piso, si hiciramos este misdad de mo experimento en una estrella de neutrones el ! objeto caera a (Tambores) Las estrellas de quarks son estrellas compuestas de un material extrao que resulta del someter los neutrones a tanta presin que se desintegran. Este material es conocido como materia rara y es extremadamente denso. Ms adelante explicaremos qu es un agujero negro.

PREGUNTA 4EnunciadoQu son las estrellas Wolf-Rayet?

RespuestaSon estrellas que resultan normalmente de la etapa final de estrellas muy masivas. Son capaces de mantener el proceso de fusin del helio y deshacen el hidrgeno a su alrededor, formando as una nebulosa entorno a ellas. Son estrellas muy luminosas y densas. Las supernovas de tipo y se les atribuyen a las que son dadas en consecuencia del final de la vida de estas estrellas.

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PREGUNTA 6EnunciadoCmo son las leyes de la fsica para todos los observadores inerciales?

PREGUNTA 8EnunciadoUn observador emite un rayo de luz (a velocidad ) en un sentido. Otro observador se mueve en contra del sentido anterior a una velocidad de . Qu velocidad mide para la luz el segundo observador?

RespuestaEl segundo de los postulados de la relatividad especial dice que las leyes de la fsica son las mismas para todos los marcos de referencia inerciales. Recordemos pues que un marco de referencia inercial es aquel compuesto por referencias que pueden ser estticas o mviles pero a una velocidad constante. Por ejemplo, las leyes de la fsica son iguales para un observador que est parado que para aqul que va en un tren a velocidad constante.

RespuestaLa intuicin nos dira que medira una velocidad de , pero esto es totalmente incorrecto. Lo anterior porque de acuerdo al primer postulado de la relatividad especial, para todo observador inercial la velocidad de la luz es la misma: . Nota:

PREGUNTA 9EnunciadoCul es la velocidad de las ondas de luz en el vaco con respecto a la velocidad de la luz?

PREGUNTA 7EnunciadoCmo es posible que partculas de muy corta vida como los muones, originados por rayos csmicos en la parte alta de la atmsfera, alcancen a llegar a la superficie de la tierra si no viajan ms rpido que la luz?

RespuestaAmbas velocidades son iguales. Esto porque tanto la luz como las ondas de radio son ambos los mismos fenmenos: ondas electromagnticas. La nica diferencia entre ambas es la frecuencia de dichas ondas. Esta variacin en su frecuencia hace que cambien sus propiedades una en cuanto a la otra cuando viajan en algn medio que no fuera el vaco, pero en el vaco ambas viajan a la misma velocidad.

RespuestaLo que sucede es que cuando una partcula viaja a fracciones altas de la velocidad de la luz ocurren dos efectos que pudieran hacer aparentar que viaja an ms rpido: la dilatacin del tiempo y la contraccin de la longitud.

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PREGUNTA 10EnunciadoCunto aumenta la masa en movimiento respecto de la misma en reposo a una velocidad de ?

ble una contraccin en la longitud, dada por la ecuacin (4), donde es la longitud para un observador que viaja a una velocidad , es la velocidad de la luz y es la longitud en reposo. (2)

RespuestaLa masa de los objetos tiende a aumentar demasiado cuando se acercan a la velocidad de la luz como efecto relativista. La expresin matemtica que cuantifica dicho aumento se expresa en la Ecuacin (4), donde es la masa en reposo de la partcula (o masa propia), es la masa relativista de la partcula (su masa en movimiento), es la velocidad de la partcula y es la velocidad de la luz. (1) Tras hacer los clculos con el dato obtenemos una longitud de . Es decir, la longitud ser aproximadamente veces ms pequea que la que se observara en reposo.

PREGUNTA 12EnunciadoCunto tiempo disminuye el tiempo respecto del mismo en reposo a una velocidad de ?

Dado que la masa es la resistencia que opone un cuerpo o partcula a cambiar su estado de movimiento (o lo que es equivalente, a sufrir los efectos de una fuerza aplicada sobre de s), esta masa no puede ser acelerada hasta la velocidad de la luz. Por lo anterior, ningn objeto puede alcanzar la velocidad de la luz. El objeto, cuando viaja a una velocidad de tiene una masa .

RespuestaPor el efecto de la dilatacin del tiempo, expresado matemticamente por la ecuacin (4), el pasar del tiempo que percibe un observador que viaja a velocidades comparables con las de la luz es ms lento que para aquel que est en reposo. (3)

PREGUNTA 11EnunciadoCunto disminuye la longitud en movimiento respecto de la misma en reposo a una velocidad de ?

Para la ecuacin (4) considere que es un intervalo de tiempo que observara un espectador que viaja a velocidad , mientras es el intervalo del tiempo observado por un espectador en reposo. Por lo anterior, para un espectador que va a una velocidad el tiempo transcurre aproximadamente veces ms lento.

RespuestaCuando un objeto viaja a velocidades comparables con las de la luz puede hacerse aprecia4

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PREGUNTA 13EnunciadoQu es un agujero negro?

PREGUNTA 14EnunciadoQu tan masivos son los agujeros negros de origen estelar?

RespuestaUn agujero negro es una regin que en el interior de la misma el campo gravitatorio es tan intenso que ni siquiera la luz puede escapar de l. Una vez que un objeto entra a un agujero negro, nunca jams podr salir de l. A la frontera de los agujeros negros se les conoce tambin como horizonte de los eventos.

RespuestaLos agujeros negros que se originan a partir de la muerte de una estrella (estelares) suelen ser de algunas masas solares (algunas veces la masa de nuestro sol). En contraste los agujeros negros supermasivos se encuentran normalmente en los centros de las galaxias y son de varios millones o miles de millones de masas solares.

PREGUNTA 15EnunciadoQu tan masivos son los agujeros negros en el ncleo de las galaxias?

RespuestaEn contraste con los anteriores, los agujeros que se en los ncleo de las galaxias y son de varios millones o miles de millones de masas solares.

Ilustracin 2. Imagen ilustrativa de un agujero negro.

En la Ilustracin 2 se muestra cmo se vera un agujero negro de diez masas solares a de distancia con la va lctea (mostrada como se ve desde la tierra) de fondo. Note que la imagen se distorsiona cerca del agujero negro porque la luz que no alcanza a ser absorbida por el agujero negro es desviada y por lo tanto se genera tal aberracin. Cabe mencionar que si viramos algo as en el cielo, lo mejor sera ponernos a rezar porque el fin estara cerca!

PREGUNTA 16EnunciadoIlustra la clasificacin de Hubble para los tipos de galaxias.

RespuestaHubble clasific las galaxias segn su forma como se muestra en la Ilustracin 3. Aquellas cuyo nombre comienza con la letra E se les 5

Ricardo Alejos Astronoma llama Galaxias Elpticas (salvo la que es una Galaxia Esfrica). Las galaxias que tienen la letra S se llaman Galaxias Espirales, las que tienen las letras SB se llaman Galaxias Espirales Barradas (porque tienen una barra formada por las rbitas de las estrellas en su ncleo) y las galaxias que no caen en ninguna de las clasificaciones anteriores son llamadas Galaxias Irregulares.

RespuestaSe le llama cusar a una fuente muy grande de energa electromagntica (radiofrecuencia y luz) que normalmente se trata de agujeros negros supermasivos con mucha actividad (y en especial aquellos que se encuentran en los ncleos de algunas galaxias activas). Normalmente se les aprecia con un gran disco de acrecin (que puede tratarse de la galaxia misma) y un rayo de energa con longitudes extraordinariamente largas (mucho ms que la longitud de la galaxia) como se muestra en la Ilustracin 4.

Ilustracin 3. Clasificacin de galaxias por Hubble.

PREGUNTA 17EnunciadoCundo se dice que una galaxia tiene su ncleo activo?

RespuestaSe dice que el ncleo de una galaxia est activo cuando en este hay un agujero negro y adems este agujero negro est absorbiendo mucha materia.Ilustracin 4. Ilustracin de un cusar.

PREGUNTA 18EnunciadoQu son los cusares?

PREGUNTA 19EnunciadoCmo se descubri que el universo est en expansin? 6

Ricardo Alejos Astronoma

RespuestaEste descubrimiento lo hizo Hubble mediante experimentos observacionales. Not que las galaxias se movan alejndose de nosotros (esto lo corrobor con el corrimiento al rojo espectroscpico que era el resultado de sus experimentos).

PREGUNTA 20EnunciadoQu es la radiacin de fondo de microondas?

RespuestaTambin conocida como CMB por sus siglas en ingls (Cosmic Microwave Background), la radiacin del fondo de microondas es aquella que es remanente del inicio del universo (La Gran Explosin) y se encuentra en todo el universo.

Ilustracin 5. Resultados de los experimentos de Hubble sobre la ley que lleva su nombre.

En la ecuacin (4), medida tpicamente en es la velocidad a la que se mueve el objeto observado, es la distancia de dicho objeto (medida en mega-parsecs, )y es conocida como la constante de Hubble. Experimentos recientes muestran que en realidad vara con el tiempo (aunque de manera muy tenue).

PREGUNTA 21EnunciadoQu es la ley de Hubble?

RespuestaEs aquella que public Hubble despus de hacer sus observaciones de la expansin del universo. Haba dado con el hecho de que entre ms lejos estuvieran las galaxias de nosotros, ms rpido se alejan (el resultado que coloca en su reporte del experimento est en la Ilustracin 5. Matemticamente la ley de Hubble se expresa como se muestra en la ecuacin (4). (4)

PREGUNTA 22EnunciadoDa algunos argumentos que apoyan la hiptesis del universo en expansin con una cierta edad, respecto al universo estacionario y eterno.

RespuestaDado que sabemos que las galaxias se alejan unas de otras con una velocidad que se puede medir, resulta razonable pensar que tiempo atrs todas estuvieron concentradas en un punto, en el tiempo del inicio del universo. 7