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Energía del tiempo y el espacio.

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  • 1. Las estrellas un perfecto ejemplo de la energía del tiempo y el espacio. Les étoiles un exemple parfait de la puissance du temps et ¿’espace Die Sterne ein perfektes Beispiel für die Macht der Zeit und Raum
  • 2. Le stelle un perfetto esempio del potere del tempo e dello spazio Estrellas. Ejemplo perfecto de la energía del Tiempo y el espacio. Índice Prefacio. Articulo. Estrellas La materia, productora de energía reciclable, e infinita. El universo vacío, generador de movimiento infinito. = a Energía. Energía del tiempo y el espacio. Epilogo.
  • 3. PREFACIO. Este articulo esta traducido electrónicamente a otras lenguas, pedimos disculpas si este difiere del original escrito en lengua Española. Energía Tiempo Espacial La energía del tiempo y el espacio, pareciera provenir de la nada, pero esta no es la respuesta, ya que bajo circunstancias especiales, y bajo ciertos mecanismos, la energía aparece, y de la misma forma, bajo circunstancias especiales, y bajo circunstancias especiales opuestas, la energía se disipa. Esta ecuación, E=c1, M, m, t1, x-i1, i2, i3, es una ecuación central de carácter universal y solo con esta base se explican todas las interacciones entre materia y energía, lo que da paso a que la muy conocida ecuación de el Dr. Albert Einstein, E=mc2, se vuelva obsoleta e inaplicable, para explicar la procedencia de la energía excedente, y la energía continua, o infinita en el universo. M,= c1, e1, g1= E i1 El universo es la cuna de circunstancias especiales, que da paso a la energía del tiempo y el espacio, y de la materia lo que podemos decir, es que también bajo circunstancias especiales, pero en una interacción entre la materia energía y las fuerzas que en el universo hay, se crean nuevas materias, lo cual podemos resumir como.
  • 4. M= c1, e1, = E E= c1, e1, c2, F, U, c3,= M De esta forma se explica la constante del universo, en cuanto a la expansión, y aparición de nuevas materias. Pero debemos reconocer, que aun con todos los avances tecnológicos, y con nuestra sabiduría limitada, no podemos asegurar que fue primero, si la energía o la materia, y como aparecieron las fuerzas que rigen nuestro universo, por lo que en una forma simple, aceptamos, y esto por fe, que en el principio creo Dios los cielos y la tierra, y todo lo que en el universo hay. Generalmente los grandes descubrimientos, han sido hechos gracias a que algunos individuos en forma simple, llegan a grandes conclusiones. Hay un dicho, que dice que entre mas grande sea la mentira, mas gente la cree, desgraciadamente esto en la realidad, muchas veces es así, las enseñanzas están en manos de grupos pequeños, y estos deciden que es lo que se debe enseñar, y como debe hacerse, y no solo eso sino que también cuando debe de ser esto, esto la verdad es una ventaja, pero, gracias a que como en lo biológico, siempre hay alguna defensa, de la misma forma, en los conocimientos siempre encontraremos alguien que disiente, y gracias a estos que disienten, se caen las grandes mentiras aceptadas por las mayorías. Por ejemplo, en el pasado se aceptaba que la tierra era plana, gracias a los que disentían, ahora sabemos que esto no es así. O bien en el pasado mas reciente, se decía que las maquinas no podían volar, y esto era avalado y apoyado matemáticamente, gracias a los pioneros de la aviación ahora sabemos, que estaban equivocados, y no solo eso sino que muchos de nosotros hemos volado alguna vez en alguna maquina. En la actualidad lo aceptado en el tema de la energía, es que esta ni se crea ni se destruye solo se transforma, y no solo es aceptado sino que, en forma institucional, es enseñado y esto avalado
  • 5. matemáticamente, pero gracias a algunos cuantos esto, esta por caer, y los ciegos guías de ciegos, están por ser avergonzados. Con este artículo mostraremos en una forma sencilla como estas enseñanzas erróneas, no tienen fundamento, ya que esto es evidente, en las cosas visibles, y con los pocos conocimientos que la historia nos ha proporcionado hasta el día de hoy. La física moderna esta enfrascada en poder consolidar en una sola ecuación las verdades del universo, pero esto no es posible ya que los fundamentos son erróneos, y por lo tanto no es posible consolidar todo en una sola ecuación. El presidente Barack Obama, dará una sorpresa al mundo antes de que termine su mandato, y esta conmocionara al mundo científico, y lo marcara positivamente, en los anales de la historia. Articulo. Los resúmenes de este articulo estan escrito en una forma simple para que cualquier persona con o sin conocimientos en materia de física, pueda comprenderlo, en forma sencilla, sin formulas matemáticas, poniendo como ejemplo cosas conocidas de todos, universalmente. Estrellas. Formación de las estrellas. L a mayoría de los astrofísicos creen que en la gran explosión que fue el origen del universo sólo se formaron elementos ligeros como hidrógeno y helio, con un poco de deuterio y de litio, pero no elementos químicos pesados. Los astrofísicos llaman a estos primeros elementos, «elementos primordiales» para diferenciarlos de los elementos que se sintetizaron posteriormente en los hornos nucleares del interior de las estrellas o en explosiones de supernovas. En un principio, el universo era sólo gas de helio e hidrógeno primordiales. Las estrellas vinieron
  • 6. después, cuando se condensó el gas para formarlas. Las primeras estrellas no pueden haber tenido elementos pesados simplemente porque no los había. A esas estrellas «puras» (que son hipotéticas, porque nadie ha visto nunca ninguna) se les llama estrellas de población III. Pero esas estrellas primordiales realizaron una importante tarea preparando los primeros elementos más pesados como carbono y nitrógeno a partir de los ligeros, como el hidrógeno y el helio, mediante transmutación y combustión nuclear. Cuando las estrellas de población III murieron en explosiones espectaculares, se esparció en el espacio interestelar toda su producción de elementos pesados. Estos raros elementos pesados acabaron, con el tiempo, en las, estrellas más viejas observadas hasta hoy: las de población II. Estas, a su vez, fabricaron más elementos pesados, que vertieron posteriormente en el espacio y que acabaron en las estrellas más jóvenes de población I. Estos elementos pesados del medio interestelar de polvo y gas que ocupa el espacio que se extiende entre las estrellas, tienden a agruparse cuando chocan los átomos, formando diminutos corpúsculos de polvo del tamaño de una cienmilésima de centímetro. Estos diminutos granos de polvo se congregan en las nubes oscuras y grumosas de los medios interestelares de los brazos en espiral de la galaxia, que es donde nacen nuevas estrellas. Mediante un proceso grandioso de reciclaje se forman estrellas nuevas del material de las estrellas muertas. Pero ¿cómo nacen exactamente las estrellas? Hemos mencionado anteriormente que nunca hemos llegado a ver cómo nace una estrella. Pero como lo hemos venido estudiando, estamos convencidos que las estrellas nacen en el seno de densas nubes de polvo y gas que hay en los brazos espirales de las galaxias, unas nubes tan densas que la luz visible no puede atravesarlas. Ese convencimiento, pese a que ha sido imposible hasta ahora observar siquiera el nacimiento de una estrella, es el producto de los avances que se han alcanzado en el desvelamiento de ese proceso tan complejo. Quedan muchísimas incógnitas, porque en el nacimiento de las estrellas se producen muchos tipos de interacciones físicas, pero la mayoría de los astrofísicos confían en que pronto dispondremos de una teoría completa. En este mismo capítulo III hemos estudiado que en el espacio que se extiende entre las estrellas hay un medio interestelar en movimiento, compuesto de gas (átomos y moléculas independientes) y de polvo (pequeños granos de materia). El medio interestelar es muy sutil (tan sólo constituye todo él un 5 por ciento de la masa galáctica), pero se concentra en determinados puntos. Han sido varios los satélites que, juntos al HST, han ido revolucionando nuestra visión de este medio interestelar. Las mediciones que se han venido efectuando del espectro de luz en la región ultravioleta muy lejana, una radiación que no puede atravesar la atmósfera terrestre y que sólo puede captarse por encima de ella. Mediante los datos que se han logrado reunir, los astrónomos han venido descubriendo la gran abundancia de moléculas y átomos diversos en el medio interestelar, su temperatura y muchas otras características. Por otra parte, la astronomía infrarroja ha jugado un rol importantísimos para que el convencimiento del cual hemos estado hablando se vaya asentando cada vez más en el pensamiento de la mayoría de los astrofísicos. En la actualidad, no existen casi dudas de que muchos de los objetos infrarrojos más interesantes están asociados con la formación de las estrellas. Se considera así, dado que se tiene la certeza de que las estrellas son formadas, como lo hemos mencionado, por nubes de gas y polvo que se colapsan por su propia gravedad. Al colapsarse, la nube gaseosa aumenta su densidad y su temperatura, y se hace más caliente y densa en su centro, que es donde con el tiempo surgirá la nueva estrella. El objeto formado al centro de la nube colapsada, que luego se convertirá en estrella, se denomina protoestrella. Como las protoestrellas están rodeadas de gas y polvo, es difícil detectarlas como luz visible. Las ondas visibles que emite son absorbidas por la materia que la rodea. Sólo en las fases evolutivas más avanzadas, cuando la protoestrella alcanza más temperatura y su radiación despeja gran parte del material adyacente, la nueva estrella puede ser detectada como luz visible. Hasta entonces, las protoestrellas sólo se pueden detectar como luz infrarroja. La luz de la protoestrella es absorbida por el polvo que la rodea, el cual se calienta e irradia en el infrarrojo. Los estudios de las regiones de formación de las estrellas nos darán información clave sobre cómo nacen las estrellas y, en consecuencia, acerca de la formación de nuestro propio sol y de nuestro sistema solar. Un acontecimiento de suma importancia para la astronomía infrarroja fue el lanzamiento del IRAS el 25 de enero de 1983. Este satélite levantó un mapa infrarrojo completo del firmamento. Su telescopio recorría dos veces cada siete meses todo el cielo. Su misión principal consistía en examinar los puntos calientes en los que los astrónomos sospechaban que se formaban las estrellas. El satélite localizó docenas de fuentes de radiación infrarroja en la nebulosa de la Tarántula, localizada en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia próxima. Algunas de estas radiaciones pueden deberse a interacciones de jóvenes estrellas con el denso polvo que las rodea. Otras pueden ser auténticas protoestrellas, posibilidad que entusiasma a los astrónomos.
  • 7. El satélite IRAS catalogó millares de condensaciones calientes y densas dentro de las nubes de gas y polvo, que podrían ser regiones de formación de las estrellas. Arriba, se incluyen dos imágenes del IRAS: la constelación de Orión (izquierda), en la cual existen varias regiones de formación estelar activa, y la nube Rho Ophiuchi (derecha). Ahora bien, para responder exactamente a la interrogante que nos formulamos al principio de la página, habremos de recurrir a los astrofísicos teóricos y a sus modelos computarizados. Como lo hemos mencionado, y lo veremos en las siguientes secciones, los astrofísicos teóricos elaboran sus modelos sobre la formación de las estrellas sosteniéndose en gigantescos complejos de nubes moleculares las cuales, al fragmentarse por los efectos de la gravedad, se empiezan a formar bolas de gas y polvo cuyo proceso lo conocimos en la sección 03.02. Cuando esas bolas se han contraído hasta alcanzar el tamaño del sistema solar, su temperatura habrá alcanzado ya los 1.000° C, es decir, por encima del punto de fusión de los metales. Transcurridos unos 100.000 años después de iniciarse la contracción, la masa que se encontraba aglomerada al principio del proceso, según algunos modelos confiables, se aglutina dentro de un espacio que no es mayor que el que ocupa la Tierra con su órbita y, su temperatura sería de cientos de miles de grados. Lo anterior, daría como resultado un objeto astronómico, que aún no es una estrella, pero sí tiene nombre: «protoestrella». Una vez que se forma la protoestrella, ésta sigue evolucionando en un proceso que dura unos diez millones de años, durante el cual sigue contrayéndose y calentándose hasta que comienza a desprenderse, a través de su «viento estelar», del polvo y gas que la rodea, cambiando su denominación primaria por el de estrella T-Tauri. A estas «estrellas» se les ha logrado identificar dado el hecho de que el polvo caliente que aún permanece en su alrededor irradia en el infrarrojo. Además, se ha logrado establecer evidencias de que el gas y polvo remanente que las circunda forman discos giratorios que podrían corresponder al inicio de sistemas planetarios. Las ilustraciones de la figura de arriba, corresponden a una protoestrella (izquierda) y a una estrella T- Tauri (derecha). En la primera de las nombradas, el artista intenta representar a una protoestrella durante su proceso evolutivo en que va desprendiéndose del polvo y gas que la rodea. La segunda, representa a una activa T-Tauri naciente de un tamaño de dos a cinco veces el del Sol
  • 8. entre erupciones bajo la tensión de su propia contracción, arrojando llamaradas gigantescas, curvadas prominencias (en blanco) y un ondeante viento estelar (en amarillo). La conducta de una T-Tauri es poco convencional para una estrella e imprevisible, salvo que la comparemos con los comportamientos infantiles, ya que su edad fluctúa entre los cien mil a un millón de años, poco para una estrella. Las T- Tauri tienen unos espectros de emisión ricos, complejos y con frecuencia anómalos. Con certeza se hallan rodeadas de gas caliente y de chorros luminosos de materia, que aumentan la dificultad de interpretar los procesos físicos que en ellas se producen. Las T-Tauri son desconcertantes por la diversidad de características extrañas como las mencionadas, una diversidad que, cuando se llegue a comprender, nos ayudará a entender esas estrellas bebes y extrañas y los gases que las acompañan. Modelo de formación de estrellas. E xisten, hoy día, varios modelos astrofísicos en boga que han sido formulados para tratar de explicar el proceso de formación de estrellas. La selección para realizar una difusión de alguno de ellos no es fácil. Por ello, aquí vamos a describir a aquellos que al subscrito le parecen que podrían estar más cercanos a ser viables. Entre ellos, comenzaremos por los que propugnan dos desenlaces posibles del proceso de contracción de una nube, dependiendo, entre otras cosas, de la cuantía inicial de momento angular. Una posibilidad es que el gas y el polvo que se contraen formen dos estrellas que orbiten entre ellas, lo que se denomina sistema binario. La otra posibilidad es que sólo se forme una estrella, distribuyéndose el momento angular en un sistema planetario auxiliar. Si estos modelos son correctos, la mitad de las estrellas de nuestra galaxia, dado que son binarias según las observaciones, no tendrían planetas acompañantes, mientras que la otra mitad (las estrellas individuales) probablemente sí tengan sistemas planetarios. Esta conclusión (que todas las estrellas individuales tienen planetas) se basa en complicados datos del proceso de transferencia del momento angular en el interior de la nube de gas, que aún no comprendemos a cabalidad. Algunos astrofísicos creen que durante la formación de la estrella, el momento angular puede ser transferido al viento estelar siendo, por tanto, el de los planetas, y su formación, independiente.
  • 9. Sin embargo, y dada esas Una representación de formación estelar a partir de una nube de gas y polvo que se contrae por la gravitación. La gigante nube se fragmenta en grumos que, a su vez, volveran a fragmentarse. Uno de estos grumos sigue rotando y contrayéndose durante millones de años. Final mente se formará un cúmulo estelar de algunos cientos de estrellas (un resultado posible). En los momentos que las estrellas comenzaron su ignición disipan las nubes restantes. Estos nacimientos estelares van acompañados de chorros de materia que lanzan las nuevas estrellas, cuyo origen, de ser así, lo ignoramos aún. complicaciones, muchos astrofísicos teóricos creen que en el nacimiento de una estrella individual como nuestro Sol hay un disco de materia de desecho que gira a su alrededor, lo mismo que la clara de un huevo frito rodeando a la yema. A ese posible disco, se le ha denominado «nebulosa solar» y, es de ella, desde donde posteriormente se formaron los planetas del sistema solar. Pero los problemas matemáticos que plantea la elaboración de modelos teóricos de la nebulosa solar resultan especialmente difíciles porque no hay datos de observación que orienten a quien construye el modelo. Hasta ahora, y pese a la gran cantidad de exoplanetas descubiertos, nadie ha visto más que un sistema planetario al final de su etapa de formación, el nuestro. Pero si hemos de creer en estos modelos de la nebulosa solar, los planetas se habrían formado cuando la materia del disco comenzó a condensarse y a formar grumos. Los grumos más grandes acumularon aún más fragmentos de materia. Según una teoría, el cinturón de asteroides que existe entre Marte y Júpiter es una colección de grumos que no llegaron a condensarse para formar un auténtico planeta. Cuando el Sol entró en ignición, emitió un viento gigantesco que esparció todos los fragmentos que no formaban cuerpos suficientemente grandes tales como lunas y planetas. Pereciese, dado los hallazgos de exoplanetas orbitando estrellas, que esa descripción del origen del sistema solar se acercaría a la que puede ser la correcta y que, los sistemas planetarios sería tan comunes al menos en estrellas semejantes al Sol, que es una estrella individual típica. Los datos procedentes de sondas enviadas a los planetas, así como las naves que han orbitado a algunos de ellos, nos dirán mucho más en los próximos años sobre el origen
  • 10. de nuestro sistema solar. Pero no hay que esperar soluciones rápidas. Pese a los aterrizajes tripulados en la Luna, las rocas lunares traídas a la Tierra y los datos selenológicos, todavía no estamos seguros del origen de la Luna, y aún menos del origen del sistema solar. Hasta ahora, solamente tenemos certeza sobre el incremento del número de satélites orbitando a los grandes planetas gaseosos, así como de características de satélites anteriormente conocidos de Júpiter y Saturno que han sido clarificadas por las misiones Galileo y Cassini respectivamente. El estudio teórico de la nebulosa solar, el disco plano de materia que rodeaba al Sol primigenio, no es más que un ejemplo específico de un fenómeno astrofósico general, el de los «discos de acreción». Los anillos que rodean Saturno son otro ejemplo de disco de acreción, y quizá lo sean también la disposición de las estrellas de una galaxia discoidal. Los agujeros negros y las estrellas de neutrones deben estar rodeados también de un disco de gas caliente, y parece probable que cuando el gas cae en el agujero o en la estrella haya una emisión de señales energéticas. En circunstancias especiales, la materia tipo gas o polvo tiende, sin duda, a formar un disco semiestable alrededor de un objeto de masa enorme. El estudio matemático de los discos de acreción acabará permitiéndonos comprender de un modo más exacto, no sólo el origen del sistema solar sino también esas desconcertantes que nos llegan desde lo más profundo del espacio. Por lo que hemos logrado conocer de las estrellas a través de la observación, la impresión que se tiene es de que, aproximadamente, la mitad de ellas que están cerca de nosotros tienen una o más compañeras; andan emparejadas o agrupadas. Algunas, viven formando tríos y hasta cuartetos. Las binarias han sido estudiadas bastante extensamente. Algunas de ellas, en que las estrellas orbitan muy próximas, se denominan «binarias de contacto», pues efectivamente se tocan, intercambiando grandes cantidades de masa estelar y, ni que hablar de las que son más pequeñas. Recientemente, el satélite de rayos X Chandra, descubrió a dos estrellas enanas blancas orbitando una de la otra cada cinco minuto, lo que implica que la distancia que las separa no es más de 80.500 km, prácticamente una quinta parte de la distancia de la Tierra hacia la Luna. Lo anterior, incrementa la desconcertación de los astrofísicos, ya que por muchos años los ha tenido «de cabeza» el hecho de que miembros de grupos binarios pareciesen tener edades muy distintas. Después de todo, si habían nacido al mismo tiempo de la misma nube de gas habrían de tener la misma edad. Pero si las dos binarias intercambian masa durante su evolución, su edad aparente puede ser muy distinta, dado que si a una estrella se le sustrae o añade masa puede cambiar su edad aparente. La observación de binarias de contacto y los modelos de computación confirmaron estos mecanismos de intercambio. Los datos obtenidos por el Chandra en observaciones de rayos X (gráfico arriba a la izquierda) del sistema binario J0806.3+1527 (o J0806), muestran que las intensidades de la radiación varían en períodos de 321,5 segundos. Lo anterior, implica que J0806 es un sistema binario de estrellas de enanas blancas que orbitan entre ellas aproximadamente cada 5 minutos, lo que deja establecido que se encuantran una de la otra a una distancia muy corta. En los últimos años, se ha observado un creciente aumento de la capacidad para las observaciones astronómica de alta resolución para los estudios de momentos angulares en todas las longitudes de onda, desde rayos X a radio. El empotramiento en la Tierra de grandes telescopios y la colocación en el espacio de satélites, todos ellos equipados con tecnologías de punta, tato ópticas como interferométricas, nos está permitiendo que exploremos al universo con una capacidad para obtener pormenores para su estudio sin precedentes. Con esa implementación para la observación de alta resolución se abren las perspectivas para lograr avances significativos para entender una amplia gama de fenómenos cósmicos. En detalle, las altas resoluciones en las observaciones angulares que se están alcanzando han comenzado a desempeñar un papel vital en los estudios de los procesos de formación de las estrellas, proporcionando cantidades de elementos de contrastación con las teorías circulantes dentro del entorno de los físicos y astrofísicos como, asimismo, proporcionar argumentos para formular nuevos modelos. Por ahora, no sabemos si el modelo sobre la formación de estrellas que hemos descrito anteriormente tiene aciertos o debería ser definitivamente arrinconado, pronto se sabrá. D entro del ámbito de la astrofísica y también de la cosmología, una de las teorías en boga más concurrida para citarla con respecto a la formación de las galaxias en el universo se fundamenta en el modelo conocido como The Laboratory for Cosmological Data Mining (LCDM). En esa teoría, se asume que el componente dominante del universo está formado por la materia oscura, la cual se cree que consiste –probablemente, en su mayor porcentaje– en materia no bariónica, elementos dominantes serían partículas elementales no conocidas hasta ahora. Por lo que se ha podido observar del universo, la materia bariónica constituiría solamente un 13% del total de sus
  • 11. componentes, lo que implica que el resto del universo estaría compuesto, mayoritariamente, por un Ω constituido por una constante cosmológica que no desapareció en el tiempo. Una densidad de vacío que domina con creces las densidades combinadas de energía producida por materia y bariones oscuros. Lo anterior, ha sido sugerido con rasgos de mucha consistencia en las observaciones de supernovas distantes o extragalácticas. Durante las dos últimas décadas del siglo XX y los años transcurridos de ésta, del 2000, las simulaciones computarizadas sobre los incrementos gravitacionales observados basados en el modelo LCDM han ayudado significativamente a poder entender el proceso de formación y las características de los halos galácticos, tan bien como su distribución y movimiento en el espacio. Tanto es así, que comparativamente con otros, se trata de un proceso sobre la formación de la estructura cósmica que se puede decir que se entiende y conoce bien. Sin embargo, las simulaciones cosmológicas que intentan incluir en ellas la formación de las estrellas, con el objeto de poder realizar comparaciones directas con las características luminosas de las galaxias observadas, han resultado bastante difíciles de llevar a cabo a buen término y, por lo tanto, sigue siendo una cuestión teórica muy incierta. Uno de los referentes problemáticos que asaltan en esos estudios de simulaciones computarizadas es el excedente de radiación fría del gas cósmico, lo que hace aparecer a las galaxias simuladas muchísimo más luminosas que las observadas desde el propio universo. Se piensa que, para que ello ocurra, debe existir un error importante en los modelos astrofísicos formulados sobre la formación de las estrellas y sus procesos asociados a sus retrocciones. Se ha considerado que ese excesivo enfriamiento que aparece en los computadores guardaría relación con errores teóricos sobre la retroacción como los que pueden producir las explosiones de supernovas o de incorrecciones en las precisiones formuladas sobre los vientos estelares. El problema fundamental radica, en que todavía no hemos logrado conocer bien la naturaleza física de la regeneración, como asimismo, en las dificultades matemáticas que se tienen para intentar modelarlos dentro de simulaciones. Velocidad del gas en una galaxia en formación pequeña. Debido a que el gas se enfría, un disco centrífugo apoyado se convierte en el centro del halo galáctico, cuyos bordes los podemos apreciar en las figuras insertadas arriba. En el creciente disco gaseoso, la formación de las estrellas produce un viento galáctico de gran alcance que se puede escapar de la galaxia. Sin embargo, en un estudio realizado en el año 2002, en el departamento de astrofísica del Instituto Max Planck, los astrofísicos Springel y Hernquist propusieron un nuevo modelo de simulaciones computarizadas para estudiar la formación de estrellas. En este modelo, se intenta explicar la regulación de la formación de estrellas por supernovas en los medios interestelares densos (MID). Los científicos, usando un método de análisis para la física de MID del tipo sub-resolución, lograron soslayar con su modelo varios de los problemas matemáticos que, usualmente, aparecen en este tipo de estudios. También ellos, por primera vez, lograron insertar en las simulaciones una novedosa descripción para los procesos de retroacción que efectúan los vientos galácticos. En los cuadros que hemos fijado en la figura de arriba, se muestra los campos de velocidad del gas durante la formación del disco galáctico cuando el viento es incluido en las simulaciones. En ese trabajo, se demuestra que en las pequeñas galaxias el viento se puede realmente escapar de ellas, transportando el gas y los elementos pesados que fueron sintetizados por estrellas ubicadas fuera de la galaxia. Por ello, en esos casos la cantidad de gas que queda disponible en la galaxia para la formación de estrellas, llega a ser muy pequeña. No obstante, y a pesar de este significativo efecto sobre la luminosidad del disco de formación, sus características morfológicas siguen siendo constantes en las galaxias espirales observadas, como lo podemos apreciar en las figuras que insertamos a continuación.
  • 12. Proyecciones de la densidad de la luminosidad estelar de las galaxias espirales formuladas en simulaciones en las cuales se incluye el viento galáctico. A la izquierda se muestra a una pequeña galaxia de una masa total de 10 10 , mientras que a la izquierda se presenta a una galaxia de una msa 100 veces mayor. En ambos casos, la morfología del disco estelar de formación es absolutamente semejante al de las galaxias espirales observadas. En las galaxias pequeñas, los vientos galácticos adquieren una influencia significativa en la escasa formación de estrellas, ya que de ellas se pueden escapar de la gravedad de sus progenitores, los halos de materia oscura. Sin embargo, los vientos cuando se trata de grandes galaxias son confinados, de manera tal que en esos sistemas no juegan un rol significativo para impedir formaciones estelares numerosas. En consecuencia, se puede pensar que la retroacción por vientos sólo reduce la actividad de la formación de estrellas en galaxias pequeñas, lo que lleva a coincidir entre las observaciones y las predicciones del modelo LCDM. Lo anterior, es lo que incentiva a que en la actualidad los vientos galácticos reciban bastante atención en los estudios teóricos. Pero además, los vientos producen otro efecto interesante, que es el de transportar los metales a través del medio intergaláctico, lo que potencialmente explica porqué los elementos pesados se observan en los gases de baja densidad que residen en los espacios intergalácticos, como se ha detectado en estudios de líneas espectrales de quásares.
  • 13. La figura de arriba, ilustra las diversas simulaciones cosmológicas que se utilizaron para estudiar la formación de galaxias en el universo. Cada una de las series fueron desarrolladas con distintas dimensiones, usando en ello una gama de diversas resoluciones matemáticas. En aquellas que aparecen más grandes, se insertaron en ellas más de 68 millones de partículas. Combinando los resultados de las distintas series, se desarrolló un by pass que permite efectuar simulaciones con una gama de posibilidades que permiten estudiar a través de computación cualquier tipo de formación de estrellas en cualquiera de las configuraciones galácticas. En la formulación del modelo LCDM, la formación de las galaxias son las fundaciones astrofísica que lo sostienen. En el espacio, primero se van formando pequeños objetos que, gradualmente por efectos gravitatorios, se van fusionando unos con otros para luego convertirse en masivas galaxias. Las predicciones matemáticas que se puede obtener para poder establecer una tasa aceptable de formación de estrellas en el universo son, particularmente, desafiantes en este modelo, ya que establecer el número de ellas que se forman en las galaxias requiere que las simulaciones lo resuelvan dentro de un proceso de creación simultánea en todas aquellas escalas que aparecen como relevantes. Es decir, se formarían en un «parí paso» galaxias y estrellas. Esto implica, una demanda dinámica substancial para todas las simulaciones. Además, como ya lo hemos mencionado, el efecto de retroacción de los vientos galácticos es significativamente importante en las galaxias pequeñas, lo que implica incrementar las dificultades en la obtención de cifras aterrizadas fijadas en los objetivos de dichas simulaciones, considerándose el hecho que esas galaxias se encuentran en los límites de las resoluciones. En consecuencia, y dada esa dificultad, no queda más que computar considerando al efecto de retroacción de los vientos como un elemento constringente en la formación de estrellas dentro de pequeñas galaxias. De hecho, en las simulaciones de este modelo la resolución total requerida no llegue a un volumen lo suficientemente satisfactorio que sea representativo para el universo observado y más. No se espera que en los próximos años los avances en informática puedan mejorar mucho esta situación. Sin embargo, como no está inserto dentro del espíritu de un científico quedarse ahí, Springel y Hernquist han podido soslayar, en gran medida, este problema. En las figuras que fijaremos a continuación de este párrafo, se ilustra esquemáticamente las simulaciones que desarrollaron esos científicos en un Linux-Cluster del Center for Parallel Astrophysical Computing at Harvard-CfA. Usando una de las secuencias con medidas asociadas a través de un especial análisis técnico, pudieron extender la gama dinámica del modelo matemático para la formación de las galaxias, llegando a alcanzar un rango dinámico cercano a las 18 decenas en masas. También, para cada tamaño de series, realizaron extensos estudios de las resoluciones, lo que permitió obtener pruebas confiables de convergencias matemáticas para cada una de las series.
  • 14. Ilustración computarizada de galaxias considerándose un alto corrimiento al rojo. A la izquierda, se muestra la densidad proyectada del gas rodeando a una de las primeras estrellas que se forman en una de las galaxias. En la simulación, se considera al universo con una edad de un millón de años. Los densos puntos blancos señalan a las galaxias que estarían en un proceso de formación de estrellas, el las cuales el viento se conduce a través del medio intergaláctico. Esos vientos son los que forman las burbujas de gas caliente que se aprecia a la derecha, como se refleja en el gráfico de temperatura que comporta la ilustración. En un fuerte corrimiento al rojo, la primera estrella que se forma en las galaxias comienzan a emitir violentas emanaciones hacia el medio intergaláctico, según lo que se puede apreciar en la ilustración de arriba. Ahora, cuando los vientos galácticos son detenidos por colisiones, ello conduce a que se formen burbujas en los MIG, los cuales se llenan de un enriquecido gas metálico caliente. En consecuencia, los vientos galácticos pueden jugar un importante rol para entender el enriquecimiento en metales que se ha observado en gases galácticos de baja densidad. Centrándonos en las características luminosas de las galaxias, posiblemente esos vientos, quizás, sean los causantes de las bajas tasas de formación de estrellas en las pequeñas galaxias. Sin la existencia de los vientos, las galaxias no llegarían a un excesivo enfriamiento y serían substancialmente más brillantes, como lo podemos observar en las figuras que a continuación insertamos.
  • 15. Galaxias en proceso de formación. A la izquierda, se muestra la densidad proyectada del gas en los momentos en que la densidad cósmica de formación de estrella se halla cerca de su máximo. A la derecha, se muestra un close-up de una de las más masivas galaxias que se ha formado hasta ahora, en la cual los colores anaranjados muestran a las estrellas, mientras que el azul representa al gas.
  • 16. En los gráficos que siguen a continuación, se muestran las predicciones obtenidas a través del modelo compuesto de simulaciones que hemos estado describiendo para la formación de estrellas en función del corrimiento al rojo y de tiempo acumulativo. La densidad de la formación de estrellas, se predice en su máximo para un universo joven con un corrimiento al rojo del orden de Ζ = 5,5. Para la mitad de las estrellas, se pronostica que se encontraban en puntos galácticos del espacio hace ya más de 10 mil millones de años. La fracción total de bariones producidos en las muertes de estrellas se considera cerca de un 10%, lo que coincide con los datos de las observaciones. Sin la inclusión del viento galáctico, el número de bariones habría sido substancialmente más alto, lo que sería inconsistente con las observaciones. Historia de la formación cósmica de las estrellas en función del tiempo. El gráfico de la izquierda, muestra la evolución de la tasa de densidad en la formación de estrella en función del corrimiento al rojo. Los grafos azules corresponden a mediciones de las simulaciones, mientras que las líneas son ajuste analíticos de los resultados. El máximo de actividad para la formación de estrellas estaría dada por un corrimiento al rojo de Ζ = ∼ 5,5 para un tiempo de mil millones de años de vida del universo. En el gráfico de la derecha, se muestra a una fracción de estrellas de la época actual que son más vieja que la edad estimada en el estudio. Se puede apreciar que sobre la mitad de las estrellas, hoy día, tienen una edad que supera los 10 mil millones de años. Quizás, el estudio que acabamos de describir sea uno de los más confiables para predecir en el presente la formación de estrellas en un alto corrimiento al rojo. Ello fue posible de concretar, combinando la capacidad de procesamiento de supercomputadores modernos con un sofisticado modelo de la física para gases radiactivos casi fríos, formación de estrellas, enriquecimiento de metales, y de la retroacción de los vientos galácticos y de supernovas. Estas simulaciones, naturalmente, son un paso más para llegar a un conocimiento acabado sobre la evolución cósmica de la formación de las estrellas. Está claro que contiene mucha más información sobre el proceso de formación de las galaxias, sobre las características del gas galáctico y el espacio entre ellas. Pero dando pasos se construye la ciencia y si se compara la información que se ha obtenido en estas simulaciones con datos detallados de observaciones, es posible hacer progresos adicionales para entender mejor la formación cosmológica de las galaxias. Aquí, todavía nos queda pendiente profundizar aún más sobre lo que se ha conseguido hasta hoy sobre la formación de las estrellas. Los modelos astrofísicos que hemos descrito, son bastante consistentes con las observaciones y la intuición de quienes se han «entretenido» en formularlos. De todas maneras, esto no queda como lo único que hasta ahora se puede exponer sobre el tema, ya que en la siguiente sección vamos a incrementar los conceptos sesudos al respecto. C omo más de una vez ya expresamos, las estrellas se forman y nacen de nubes de materia de gas y polvo que se aglutina en los medios interestelares (MI) que se hallan por todo el universo. En la actualidad, se han logrado catalogar a unas 6.000 de esas nubes, de las cuales algunas alcanzan dimensiones diametrales que bordean los 300.000 al (años luz) y masas que fluctúan en torno entre 200.000/300.000 veces la del Sol. Están compuestas, principalmente, de hidrógeno, amoniaco, agua, acetileno, formalina, silicatos, carbono, etc. Ahora, estas nubes no sólo almacenan los componentes para formar una estrella (o cientos de miles) sino que, además, contienen los elementos necesarios para que en esos lugares cósmicos se puedan desarrollar masas planetarias. Se trata de
  • 17. estructuras bastante estables, ya que sus sistemas gravitatorios se muestran, en general, estabilizados, salvo cuando son inferidos por alguna interferencia perturbadora, como puede ser el caso de la explosión de una cercana supernova. En efecto, al explosionar una supernova en las cercanías de una nube interestelar, ésta, en vez de absorber las ondas de choque emitidas por el catastrófico evento estelar, comienza a contraerse y colapsarse hacia el centro del sistema. Al darse esa situación, la energía que se ha liberado en la explosión comienza a calentar ese centro compactando aún más la materia que se ha estado colapsando en el núcleo, la temperatura se incrementa sustancialmente lo que conlleva a que la radiación vaya siendo progresivamente cautivada. En ese fenómeno, se ha producido el nacimiento de una protoestrella. Una vez conformada la protoestrella, el siguiente paso que se da dentro del fenómeno es la formación de una estrella. Aunque nunca hemos visto en propiedad el nacimiento de una estrella, ya que sólo podemos empezar a observarla cuando se enciende, sí nos atrevemos a describir que a partir de la nube originaria se crea un anillo que rodeará a la futura estrella y que la bombardeará por atracción enriqueciéndola de materia hasta un límite en que no podrá seguir absorbiendo ese material. Una vez alcanzada esa satisfacción estelar, una gran parte de materia se escapará a través de la perpendicular de entrada al disco y formará lo que se denominan como jets bipolares o Herbig-Haro [HH] (materia que, como sucede en los acontecimientos astrofísicos, es gatillada en pares en direcciones opuestas, una por cada polo de ahí su nombre) que saldrán despedidos a velocidades superiores a los 1.000 km/s. Luego, la estrella que se acaba de formar seguirá un proceso bastante inestable hasta que alcance su madurez, ya que en su niñez, no dispone de de sistemas compensatorios y, tampoco, ha iniciado sus reacciones nucleares. En la medida en que la estrella va asimilando materia atraída por la gravedad, también va incrementando su temperatura hasta llegar a tener entre 9 a 10 millones de grados, en cuyo preciso momento comenzará las reacciones nucleares; la estrella se seguirá contrayendo hasta que la presión y temperatura interna sean lo suficientemente grande como para poder compensar el sistema y lograr así el estado de madurez (secuencia principal) mientras, las radiaciones y el viento de protones y electrones, expulsan a los elementos más livianos del disco. Y, de darse ese fenómeno, esos elementos expulsados formarán un disco circunestelar que podría derivar en un sistema planetario, como ocurrió en el caso del Sol.
  • 18. El Telescopio Espacial Hubble nos proporciona una detallada visión de los procesos apopléticos, eructivos, y dinámicos que acompañan las etapas finales de la formación de una estrella. En las tres imágenes de arriba, se puede observar el derrumbe del disco circunestelar de polvo y gas que se forma durante el proceso de construcción de una estrella y que, a su vez, proporciona los ingredientes para la formación de un sistema planetario. En las imágenes, también se puede apreciar a jets o chorros de gas caliente de varios sistemas embrionarios saliendo de las estrellas que se encuentran en las etapas finales de su formación. Una vez que la estrella arriba a su madurez, se mantendrá bastante estable por un período de tiempo dependiendo del tamaño de su masa. Pero, como la masa es la propiedad más importante de una estrella, ello lo vamos a tratar más adelante con cierta detención. Por ahora, seguiremos centrando nuestra atención en la formación de las estrellas. Si bien, no tenemos la posibilidad de poder ver como se embriona una estrella, no obstante sí sabemos que se forman de la materia del medio interestelar. En consecuencia, las zonas del espacio donde probablemente se formen una mayor cantidad de estrellas son aquellas en la que existe una mayor densidad, dado que allí los átomos y granos de polvo se encuentran más concentrados permitiendo con ello que se ejerza una mayor fuerza de atracción gravitacional. Pero también es importante que en esos lugares exista una baja presión del medio que facilite la presencia de bajas temperaturas. Los requisitos que hemos expuesto en el párrafo anterior sobre las condiciones que deben reunir los espacios cósmicos para que se puedan formar estrellas se hallan, fundamentalmente, en las llamadas nebulosas oscuras. En esas nubes del espacio, se suelen dar condiciones con una densidad promedio en un rango que va de 100 a 10.000 partículas por cm ³ (el promedio es de 0,1 a 20 partículas por cm³, y de temperaturas que no superan los 15° K. Una nebulosa oscura es una gran nube que se observa en el Nebulosa Oscura Saco de Carbón cielo como una pobre región de estrellas donde el polvo y los Una de las nebulosas más conocidas por los gases interestelares se hallan significativamente concentrados. habitantes del hemisferio sur. Se sabe de ella, desde Pueden ser vistas si una parte de sus emisiones o reflexiones se que fue observada en 1499 por Vicente Yánez oscurecen o, como sucede con la nebulosa del Saco de Carbón Pinzón cuando integraba la expedición de Hernando de Magallanes. El Saco del Carbón es una de las más prominentes nebulosa oscura visible en los sureños cielos. Es bien visible a simple vista y se parece a un oscuro y gran bancal de la Vía Láctea. Se ubica con facilidad en la parte meridional de la conocida Cruz del Sur y oscurece y cubre unos 26 grados cuadrados del cielo, con partes ubicadas en la constelación de La Mosca y otras en Centauro.
  • 19. (figura de la derecha), en que la luz de algunas de sus estrellas «más viejas», ubicadas en las profundidades de la nube, no es bloqueada por la materia interestelar. Las nebulosas oscuras tienen formas bastante irregulares. No tienen un límite externo claramente definido y, a veces, adquieren formas como serpentinas enrolladas. Cuando son grandes, pueden ser observadas a simple vista, asemejándose a plantillas oscuras contrapuestas al fondo más brillante de la Vía Láctea. El hidrógeno que se halla almacenado en estas opacas y oscuras nubes se encuentra en estado molecular. A las grandes nebulosas de este tipo se les conocen bajo el nombre de gigantes nubes moleculares (GNM o GMC), y su tamaño es un millón de veces el del Sol. En su interior, contienen una gran cantidad de masa del medio interestelar, con una dimensión de unos 150 al, una densidad media que va de las 100 a las 300 moléculas por cm³ , y una temperatura interna que fluctúa entre los 7 y 15 grados K. Las GNM están compuestas, principalmente de gas y polvo pero, además, contienen una cantidad importante de estrellas. El núcleo de esas nubes es invisible al ojo humano y es perceptible solamente a través de las emisiones de microondas emanadas de sus moléculas constitutivas. Esta radiación, no es absorbida por el polvo y no escapa con facilidad de la nube. El material que se encuentra almacenado en las GNM se agrupa en distintos tamaños, con nubes que se ubican por debajo de las masas de las estrellas y, los más pequeños pueden medir hasta un año luz (al).Esa nubes también cuentan con su propio campo magnético interno, el cual les sirve de escudo de ayuda contra su propia gravedad. Las GNM juegan un importante rol en la dinámica de las galaxias. En efecto, cuando una estrella pasa cerca de una GNM, la gravedad de ésta afectará considerablemente a la órbita de la estrella. Al cabo de varios encuentros cercanos, una estrella de mediana edad será afectada significativamente en su dirección y velocidad orbital, alongando su órbita desde la condición circular primaria heredada de la GNM, como tienen las estrellas recién nacidas. Este fenómeno, es una herramienta de gran utilidad para los astrónomos para estimar las edades de las estrellas y estudiar la densidad del disco galáctico. A hora, profundizando un poco sobre las nubes moleculares, éstas – por densidad y tamaño– permiten la formación de hidrógeno molecular H2. Sin embargo, se trata de una molécula bastante difícil de detectar, lo que implica rastrearla a través de moléculas de monóxido de carbono (CO). La relación entre la luminosidad del CO y la masa del H2 es aproximadamente constante, pese a que existen razones para dudar que sea así dado lo que se observa en algunas galaxias. En la Vía Láctea, las nubes moleculares asumen un tamaño que corresponde, aproximadamente, a la mitad Nebulosa Molecular Carina del espacio orbital del Sol, lo que las transforma en un Dentro de algunos millones de años la radiación de componente significativo del disco galáctico. Según los las brillantes estrellas que se hallan alojadas en esta catastros que se tienen confeccionados sobre nubes nebulosa habrá dado cuenta de la totalidad del gas y moleculares en la galaxia, registran que la mayoría de moléculas que aún conserva. La nube molecular se ha ellas se encuentran agrupadas en objetos más masivos, desagregado de la Nebulosa Eta Carina u Ojo de la que abarcan varios millones de masas solares. Por lo Cerradura. Las nuevas estrellas que se han formado general, se hallan ubicadas en planos con dimensiones se hallan visibles y sus enrojecidas imágenes es el aproximadas de entre 50 y 75 pc (no dejan de ser producto de la azul luz dispersada, preferentemente, grandecitas), pero son mucho más finas que los otros por el penetrante polvo. La imagen de arriba, tiene componentes gaseosos que cohabita por esos lugares, una extensión aproximada de dos años luz y fue como el hidrógeno atómico e ionizado. Se piensa, que tomada por el Telescopio Espacial Hubble en 1999. las nubes moleculares deberían existir extensivamente sobre todo dentro de los brazos espirales de la galaxia, pero ello es incierto dado el hecho de las dificultades que se tienen para estimar distancia y, en otras galaxias que han sido observadas en alta resolución, se ha logrado ver a los respectivos brazos espirales claramente delineados pero no sensibles a un fondo uniforme de emisiones de CO. Para muchos de los astrofísicos, la formación de nuevas estrellas en el universo ocurre hoy, solamente dentro de las nubes moleculares. Lo piensan así, dado que ello sería una consecuencia natural de sus altas densidades, bajas temperaturas, y de la evidencia observada en grandes nubes formadoras que han sido confinadas, en gran medida, por la propia gravedad de lo embrionado, como ser estrellas, planetas y galaxias, mas que por la acción externa como sucede con las nubes del cielo. Esta evidencia nace del hecho de las «turbulentas» velocidades deducidas de las líneas de latitud del CO que se mueven a una velocidad semejante a la orbital ( una relación virial ).
  • 20. En resumen, las nubes moleculares serían el medio para la formación del «cigoto» de estrellas. Como lo mencionamos, están formadas de gas y polvo. El gas es predominantemente hidrógeno molecular H2, aunque contienen además CO, H2O, y moléculas más complejas como alcoholes y formaldehídos. Pero a diferencia de los animales ese «cigoto estelar» se formaría por el colapso y fragmentación de las regiones más densas de la nube. En esos lugares, las partículas se atraerían por la gravedad y colapsarían hacia el centro de las regiones más densas. Ahora, como contraparte al colapso se halla la presión del gas. El problema radica en saber con certeza cuál es el mecanismo que produce el triunfo de la gravedad sobre la presión que ejerce el gas, para que la nube de comienzo a la formación de una estrella. Debemos reconocer que, hasta ahora, la física de las nubes moleculares no la entendemos muy bien y es tema de discusión en congresos y simposios de físicos. Sus movimientos internos son gobernados por las turbulencias de un magnetizado y frío gas, cuyos turbulentos movimientos son altamente supersónicos, pero sí comparables a las velocidades de los disturbios magnéticos. Dado lo anterior, se piensa que en esos estados los gases deberían perder rápidamente energía procediendo a derrumbarse o reinyectarse energéticamente. También se puede dar el caso de que las nubes sean perturbadas por algún proceso, como ser el de una masiva estrella, ya que sabemos que mucha de estas nubes alojan a éstas en una fracción importante de su masa desde antes de su fraccionamiento y colapso para formar cantidades de ellas. Sabemos que una de las particularidades de la gravedad es su coalescencia con respecto a la materia. Dado lo anterior, es natural que se piense que para que se dé comienzo a un proceso de formación estelar las regiones más densas de una nube colapse y se fragmente por efectos gravitatorios. Las partículas se atraen por la gravedad, y quieren colapsar hacia el centro de las regiones más densas. La presión del gas se opone a este colapso y, por consiguiente, debería darse en un momento un mecanismo para que la gravedad sea preeminente sobre los demás componentes y, de esa manera, la nube puede formar una estrella. Por ahora, adoptaremos simplificaciones para enumerar los posibles mecánicos que pueden originar la preeminencia de la gravedad, aunque en la realidad las nubes moleculares son no son homogéneas, y existen otras variables como la rotación y los campos magnéticos que juegan un papel muy importante en decidir cuando y cómo colapsan las nubes. No obstante, dentro de los mecanismos que podrían dar origen en el interior de una nube interestelar a una estrella como consecuencia de la gravedad se encuentran, entre otros, los siguientes: 1. Una supernova. La espectacular explosión de una masiva estrella, cuyas fuertes ondas de choque pueden ocasionar el desequilibrio necesario para embrionar a una estrella. 2. Las ondas de choque provocadas por la colisión de nubes moleculares. 3. Las ondas de densidad que se producen en los brazos espirales de las galaxias. Por delante de estas ondas viajan otras de choque que alteran el medio interno de las nebulosas oscuras. 4. Las interacciones galácticas. Las interacciones de los medios interestelares que se dan en los espacios galácticos, también dan origen a ondas de choque. 5. Las ondas térmicas de estrellas recién nacidas. Una vez que las estrellas logran encender su combustible empiezan a brillar liberando ondas térmicas de choque que dan origen a una especie de efecto «dominó» en la formación de nuevas estrellas. . Este pude ser uno de los mecanismos que da origen a los nacimientos estelares masivos en cúmulos. </BL< font> En la siguiente sección, de esta parte del capítulo III, nos vamos a centrar en analizar cada uno de los posibles mecanismos que hemos enumerado para que se formen estrellas como consecuencia de efectos gravitatorios. L a mayoría del gas que se concentra en el disco galáctico se halla unionizado o en estado neutro y se le denomina H I. Ahora, bajo condiciones apropiadas, por ejemplo cerca de una caliente estrella o circundante a los efectos de la explosión de una supernova, ese gas se puede ionizar y, como ya lo hemos estado estudiando, cuando ello ocurre a esos lugares se le denominan regiones H II. En ambos estados, a ese gas se le nombra generalmente como el ISM del medio interestelar. Como podemos deducir de las secciones anteriores, las Regiones HII son calentadas (ελ ∼ 104 K) y bajan hacia el frío fondo del H I (ελ ∼ 10 K) asentándose en él. Esa ubicación que asumen las regiones HII ha sido claramente 2 detentada en imágenes de galaxias externas. Lo anterior, ha sido certificado por evidencias obtenidas a través de fotografías directas ( o imágenes CCD) de galaxias que se hallan cercanas a la Vía Láctea. Ello ha sido posible, debido al dominio de las líneas espectrales de emisión de varios elementos como el hidrógeno en particular, del
  • 21. helio, oxígeno, carbono, calcio, silicio, hierro, etc. Imágenes tomadas a un rango de luz de Hα 6583 Å (o sea, a la línea α de la serie de Balmer) han demostrado, con mucha claridad, a regiones H II; ello, debido a que mucha de la luz visible emitida en esas regiones galácticas es generada dentro del rango de esa línea. Por consiguiente, las regiones H II aparecen en imágenes de color típicamente rosáceas. En las galaxias que más se han hallado regiones H II son en las espirales, en especial en los brazos de éstas, donde las jóvenes estrellas son ricas en proporcionar fotones ultravioletas que son necesarios para ionizar el gas. Las más prominentes estrellas que habitan esas regiones galácticas son las recién nacidas, por consiguiente, calientes. Alguna de esas regiones contiene un número más que significativo de esas estrellas, cuya producción de energía pude ionizar una fracción importante del gas de una galaxia. Por otro lado, las estrellas que se van formando en las galaxias en lugares fuera de los espirales, en su andar por el inicio de la vida estelar se van asociando a los brazos espirales del correspondiente disco galáctico, lo que implica que debido a sus claras líneas de emisión, se transforman en un excelente medio para estudiar la rotatoria y cinemática de las galaxias. Por otra parte, las galaxias elípticas y S0 rara vez muestran de forma prominente regionesH II. Ello se debe, a que se trata, fundamentalmente, de galaxias viejas y es poco el gas que les queda almacenado como para tener una fertilidad estelar significativa. No obstante, muestran débiles nebulosas planetarias, pero más que todo son rasgos de muestra de la distancia a la que se encuentran. LÍNEAS DE IONIZACIÓN Y DE EMISIÓN Como ya lo estudiamos anteriormente, las regiones H II tienen un cierto tamaño alrededor de una fuente de ionización que corresponde a un equilibrio formado por el flujo de fotones ionizantes, por una parte, con la tasa por el cual el plasma se puede enfriar y los electrones ionizados puedan recombinarse con los protones, por otra. Ahora, si la tasa de ionización es mayor que la de recombinación, el plasma se ionizará casi en su totalidad. En esos casos, estudios que se han realizado han señalado que menos del uno por ciento del hidrógeno aglomerado en esas típicas regiones no es afectado por la ionización. A continuación insertamos fotografías de tres galaxias espirales en las cuales se muestra el comportamiento que hemos descrito sobre las regiones H II.
  • 22. Figura 03.04.03.01.- Las fotografías de arriba muestra a tres galaxias espirales captadas en el ancho de banda del filtro rojo (paneles superiores) y a la luz de Hα (paneles inferiores). Las regionesH II se correlacionan notablemente con los espirales y anillo de la estructura de las galaxias. El filtro rojo es muchísimo más sensitivo a la distribución general de viejas estrellas, mientras que, por su parte, el filtro Hα destaca los sitios de estrellas jóvenes donde forman regiones. Es importante tener presente en estos estudios, que lo fotones ultravioletas por debajo de una longitud de onda de λ = 912 Å , tienen la suficiente energía como para ionizar el hidrógeno quitando al electrón. Eventualmente, el electrón se recobra, pero dado que el gas interestelar tiene una muy baja densidad, el proceso de recuperación puede durar horas. Las estrellas más caliente son las fuentes emisoras de fotones UV por excelencia necesario para ionizar el gas. Estrellas como las de los tipos O o B y, también las enanas blancas son las principales a considerar. Las temperaturas que se pueden dar en las estrellas O o B va desde 11.000 a los 50.000 º C, mientras que las enanas blancas pueden alcanzar cifras bastante mayores en la temperatura de su superficie. El mecanismo que conduce a las líneas de emisión es la recombinación como lo podemos apreciar en el gráfico que vamos a insertar más abajo. Las importantes a considerar, entre otras, son: Hα a 6563 Å , [NII] a 6583 Å , [OII] a 3726, y [OIII] a 4959 y 5007 Å .
  • 23. Figura 03.04.03.02.- Los grafos muestran el espectro de una típica nebulosa planetaria, NGC 1501, y muestran muchas estrechas líneas de emisión de H, C, O y He. Fuente: Stanghellini, Kaler y Shaw, A&A, 291, 604. En el gráfico de la figura 03.04.03.02, se han realizado algunas anotaciones especiales entre corchetes “[ ]”, que están indicando que se trata de líneas conocidas normalmente como “prohibidas” ya que pueden ser observadas solamente bajo condiciones de una muy débil densidad. En laboratorio, los plasmas que se usan en las investigaciones son, generalmente, de tan alta densidad, que ese tipo de líneas son inobservables, ya que se generan de energías producidas a nivel de la superficie de la Tierra y, por ello, comportan una alta estabilidad y un largo curso de vida. Para los astrofísicos que orientan sus trabajos de investigación para dilucidar las formas en que nacen las estrellas, las líneas de emisión constituyen un excelente medio para obtener diagnósticos sobre las condiciones físicas del gas aglomerado en las nebulosas planetarias. En efecto, en aquellos como los [ O III ] y [ N III ] las líneas son termosensibles, mientras que los [ O II ] y [ S II ], entre 6716 y 6731 Å, son más sensibles a la densidad del electrón. Lo anterior, es debido a que las últimas de las líneas son emitidas a diversos niveles, pero con casi la misma energía de excitación. Lo importante es, que el cociente que se obtenga sea un diagnóstico del proceso de las excitaciones por colisiones o del de la densidad del gas que se está estudiando. Ahora, en cuanto los plasmas que se pueden hallar, a estándares terrestres, resultan bastante delgados con densidades de partículas que van desde los 10 a los 106 cm-3. Resulta interesante en estos estudios sobre el gas almacenado en las nebulosas planetarias, las observaciones que se efectúan en longitudes de ondas de radio, ya que en esas frecuencias estas regiones del espacio emiten típicas radiaciones bremsstrahlung, lo que permite obtener excelentes pruebas de punta independientes sobre las temperaturas y densidades de los electrones cohabitantes del gas de las correspondientes nubes.
  • 24. Figura 03.02.04.03- Imagen en color falso de la nebulosa Rosetta (NGC 2237) en la constelación El Unicornio (Monoceros), tomada desde las emisiones de luz de Hα, [ O III ], y [ S II ], (rojo, verde y azul). La nebulosa Resetta es una prominente región de la formación de estrellas. Es intensamente brillante, debido a las emisiones de luz UV de las estrellas jóvenes, calientes y azules, cuyos vientos también despejaron el agujero central. Fuente: T. A. Rector, B. Wolpa, M. Hanna. Por otra parte, las mediciones que se efectúan sobre la potencia que presentan las líneas entregan una rica información sobre los respectivos cocientes de las abundancias de los elementales, lo que permite, con ello, estudiar la composición del ISM. Por otro lado, la forma que adquieren las líneas también ofrece una importante información relacionada sobre las condiciones cinemáticas de la nebulosa en estudio, puesto que son sensibles a la velocidad de los iones y a los incrementos de temperatura o a los movimientos agrupados. Una alta resolución espectral de regiones H II en una galaxia espiral se muestra en la figura que insertamos a continuación. Las regiones de cualquiera de los puntos del centro, corresponden a corrimientos al rojo y azul concernientes a lugares centrales de la galaxia. Figura 03.04.03.04.- A la izquierda, se presenta una imagen de una galaxia espiral, con sus brazos espirales delineados por las distintas regiones H II que cohabitan en ellos. A la derecha, una angosta línea de luz que era emitida por el eje central de la galaxia se ha separado del espectro en un rango que va de entre los 6500 y 6800 Å. La rotación de la galaxia se estima en las líneas de emisión de Hα en 6563 Å (la línea más brillante), así como de otras líneas más débiles que reflejan emisiones de esa región debido a la presencia de [ N II ]. Las regiones H II aparecen rojizas en las imágenes originales y de mayor resolución, debido a la prominencia de líneas de Hα en la zona roja del espectro. LAS ESTRELLAS QUE FORMAN REGIONES Los complejos de jóvenes estrellas que han emergido producto del colapso de gas almacenado en nebulosas planetarias son los que finalmente forman las regiones. Uno de los ejemplos más destacados a considerar es el que se distingue en la nebulosa de Orión, que puede ser observada a simple vista como un borroso remiendo. En la figura 03.04.03.05 que vamos a insertar más abajo, se muestra a la región central de esta nebulosa, la cual frente a la observación óptica aparece casi desprovista de estrellas, pero cuando la visión se enfoca en infrarrojo, se ha
  • 25. podido detectar muchas fuentes estelares ocultas por un polvoriento blindaje. Eso del polvo tipo blindaje, por lo que se observa, se trata de un hecho bastante común en las estrellas que forman regiones. La mayor cantidad de estrellas que se van generando en las nebulosas planetarias son aquellas que comportan un rango bajo de masa ( ~ 0,5 M ). Por su parte, los partos estelares de masivas estrellas ( M > M ) no son muchos pero, sin embargo, juegan un significativo rol en el desarrollo de las regiones, puesto que son las que proporcionan el grueso de los fotones UV ionizados, los que pueden calentar el gas circundante a una temperatura de unos 10 4 ºK. También las recién nacidas grandes y masivas estrellas, pueden llegar a despejar una parte importante de elementos circundantes, ocasionando en es proceso un despeje masivo de polvo y gas que se ubicaba alrededor de sí mismas, exponiendo al resto de las que se habían formado recientemente y coartando la formación de nuevas estrellas. Ahora, como se trata de masivas estrellas, su vida estelar es breve, ya que queman combustible a una altísima tasa y, eventualmente, terminan su existencia como supernovas, las cuales inyectan enormes cantidades de energía e incrementan sustancialmente la temperatura del gas circundante a temperaturas mayores a 106 ºK Por otra parte, aquellas estrellas que tienen la capacidad de formar regiones, alcanzan dimensiones que van desde los 10-3 pc a varios cientos de pc. Por su parte, las partículas tienen densidades que van desde los > 10 6 cm-3 en las bajas regiones compactas a 10 cm-3 en las gigantes nubes de H II. En la figura 03.04.03.01, mostramos a tres galaxias espirales en luz de banda ancha y en Hα, en ellas, se puede observar como los brazos espirales cercanos y otras características cinemáticas del disco se asocian a las estrellas que forman regiones. Figura 03.04.03.05.- Imágenes ópticas e infrarrojas de las regiones centrales de la nebulosa de Orión, donde se puede observar una gran cantidad de estrellas en el IR, las cuales aparecen ocultas casi totalmente en la longitud de onda óptica. Fuente: HST.
  • 26. Figura 03.04.03.06.- Una región H II muy grande de formación de estrellas ubicada en la galaxia NGC 2363. Fuente: HST. LAS NEBULOSAS PLANETARIAS Las nebulosas planetarias (NP) son pequeñas regiones de gas ionizado que se forman alrededor de una estrella central enana blanca muy caliente. Estas nebulosas se comienzan a generar durante las etapas finales de la evolución estelar. Se presentan ante la vista de los observadores en variadas gamas de formas y características. Fueron descubiertas en 1785 por Herschell, el cual les dio el nombre de planetarias debido que cuando son observadas a través de telescopios se reflejan como si fuesen discos muy semejantes a los planetas. En nuestra galaxia, se conocen algo más de dos mil de estas nebulosas y muchas de ellas también han sido reconocidas en galaxias cercanas. Tanto las temperaturas, como las densidades, y las correspondientes composiciones que presentan las nebulosas planetarias, pueden ser derivadas con bastante facilidad. La estrellas enana blanca que se encuentra en el centro de la nebulosa puede ser observada sin dificultades por los telescopios empotrados en la Tierra y, por ende, también poder medir su temperatura, estimando con ello el flujo de luz UV que produce. Este flujo es, entonces, el que calienta la nebulosa y a las varias líneas de emisión que son las que se usan para poder derivar las densidades y temperaturas de los electrones y, finalmente, la abundancia de los elementos que se encuentran aglomerados en el gas de la NP. NEBULOSAS PLANETARIAS La mayoría de las nebulosas planetarias, son ricas en abundancia de estrellas al igual que los discos galácticos, siempre que se hayan desarrollado partiendo de estrellas ubicadas en ese disco. Sin embargo, en los halos galácticos, las NP, como era de esperar, son bastante pobres en metales. No obstante, sobre lo anterior, puede haber diferencias interesantes. El helio, el carbono y el oxígeno puede existir en alguna abundancia dependiendo de la estrella que le dio vida a la NP, ya que esos elementos se pueden haber creado durante los procesos de fusión nuclear de la estrella madre. Son elementos que tiende a ocultarse bajo la superficie, lo que les permite mezclarse con las capas externas de la estrella cuando esta llega a su etapa de gigante roja, y ser expelidos hacia el gas circundante para, posteriormente, aflorar hacia arriba cuando la central enana blanca ha llegado a un cierto nivel de desarrollo.
  • 27. E n las páginas precedentes de este capítulo III, hemos intentado describir el ambiente físico previo que se empieza a configurar en aquellos lugares galácticos que reúnen las condiciones para promover la gestación de estrellas, como son los llamados medios interestelares. Empecemos señalando que la mayoría de los astrofísicos y astrónomos tienen la convicción de que las estrellas nacen de nubes moleculares interestelares que se forman en esos medios. Que esas nubes están formadas de gas y polvo. El gas es, como ya lo estudiamos, predominantemente hidrógeno molecular H2, aunque contienen además CO, H2O, y moléculas más complejas como alcoholes y formaldehídos. Ahora, al margen de los que hemos descrito sobre las características que se van dando en ese tipo de nubes, para comenzar el proceso de formación estelar las regiones más densas colapsan y se fragmentan. Las partículas se atraen por la gravedad, y quieren colapsar hacia el centro de las regiones más densas. La presión del gas se opone a este colapso y, por ello, si queremos saber más sobre como nacen las estrellas, es necesario llegar a entender en que momento es posible que la gravedad gane, y la nube puede formar una estrella. Por ello, a continuación iremos exponiendo sucintamente algunas simplificaciones que nos permitan llegar a entender el proceso que se da en esas circunstancias; considerando, eso sí, que las nubes moleculares son inhomogeneas, y existen otras variables como la rotación y los campos magnéticos que juegan un papel muy importante en decidir cuando y cómo colapsan las nubes. Ahora bien, para poder estudiar cuando y cómo pueden colapsar las nubes interestelares para empezar a originar estrellas, es necesario proceder a calcular el radio y la masa conocidos como de Jean del gas aglomerado en el cúmulo. Para ello, tenemos que partir primero intentar saber como calcular la potencial energía gravitatoria de una esfera y la energía media cinética de las partículas del gas a una temperatura dada. Damos comienzo a ese estudio sobre como calcular la potencial energía gravitatoria de una esfera y la energía media cinética de partículas de gas, describiendo cómo solucionar una simple integral. 03.04.04.01.- La potencial energía gravitacional de dos masas separadas por una distancia. Para el caso, consideremos la fuerza de gravedad que actúa entre dos masas M1 y M2 es separada por la distancia r, la cual expresamos de la siguiente manera: En que la energía potencial gravitatoria es la integral de la distancia sobre la fuerza. Ahora, si traemos una masa del ∞ para la distancia r, ello nos da: Donde el signo menos nos está señalando que el sistema se encuentra en un pozo con un potencial gravitacional límite. 03.04.04.02.- La potencial energía gravitacional de una uniforme esfera de masa M y radio R. Para hallar la total potencial energía gravitacional de una masiva uniforme esfera, considerese, para ello, a una esfera inicial con un radio r. Luego, agréguese una anular (fina cubierta esférica) a la esfera, con densidad p y espesor dr. La masa que contiene esa cubierta es: dM = 4 · π · r² · p · dr En cuanto al cambio diferencial de la energía gravitacional requerida para traer la cubierta (shell) desde el infinito a r debe ser:
  • 28. Por lo tanto, para poder constituir una esfera con radio R, debemos proceder a una integración sobre la esfera completa: donde hemos substituido: 03.04.04.03.- Temperatura y energía media proporcional de las partículas del gas. Cualquier gas en equilibrio térmico tiene una una simple relación entre la media de la energía por partículas y su propia temperatura global, lo que aquí lo expresamos de la siguiente manera: donde kb es la constante de Boltzmann. Como un ejemplo de lo anterior, la energía media en eV por partículas de gas a la temperatura ambiente es: 03.04.04-01.- El radio de Jean para el colapso de una nebulosa. Una nebulosa con un radio R, una masa M, y una temperatura T colapsará para formar una estrella si su energía total es < 0; es decir, (en valores absolutos) si la energía potencial es mayor que la energía térmica de la nebulosa: donde en que N es el número total de partículas de la nebulosa. Si se asume una temperatura isotérmica y una densidad p constante para la nebulosa, podemos hallar el punto crítico del radio (radio de Jean) en el cual la nebulosa de derrumbará: pero el número de las partículas de gas puede ser expresado como sigue: donde m es la masa promedio por partícula en la nebulosa, asumiendo que corresponde a hidrógeno. Por lo tanto Ahora, resolviendo R, ello da:
  • 29. Si se considera que la nube molecular interestelar está constituida en su gran mayoría por hidrógeno, m ~ mH, entonces se puede asumir a las constantes de la siguiente manera: Consideremos un ejemplo. Las nebulosas moleculares interestelares, por lo general, tienen una densidad de n ~ 10³ – 104 atom cm–³ y una temperatura de 30º K y su radio de colapso está dado por: La gama de tamaños que hemos expresado inmediatamente arriba, es bastante típica en regiones colapsadas de nebulosas, como la que se muestra a la derecha, en procesos de formación de estrellas. 03.04.04-02.- La masa de Jean y el colapso gravitatorio. Anteriormente, hemos señalado que las observaciones muestran que, aparentemente, las estrellas se forman en regiones de densas y moleculares nebulosas interestelares. Es obvio para un científico pensar sobre que condiciones son las que se deben de dar para que la fuerza gravitacional que, permanentemente, intenta contraer el gas aglomerado en las nebulosas, pueda ser superada por la fuerza de éste que intenta expandirse. Para que lo anterior se de, los experimentos y la experiencia indican que el gas debe conformar una masa crítica, sobre la cual la nebulosa se derrumbará. A esa masa crítica se le denomina «masa de Jean», la cual podemos expresar de la siguiente manera: donde T y ρ corresponden a la temperatura y densidad de la nebulosa, mH a la masa del átomo de hidrógeno y µ a la media del peso atómico del hidrógeno en relación con el material de la nebulosa. Ahora, mientras el derrumbamiento procede, la nebulosa puede irradiar hacia puntos distantes potencial energía gravitatoria, lo que puede implicar que, en un breve o largo plazo de tiempo, una nebulosa de masa más pequeña puede exceder la masa de Jean producto de la más alta densidad alcanzada. Así las fracciones de la nebulosa, y estos grupos pueden alternadamente hacer fragmentos. En ese proceso, los más pequeños de esos fragmentos, que se encuentra inhabilitados para poder irradiar energía hacia otros lugares, y que se cree que acumulan una posible masa de unos 10 Mj, rápidamente colapsan. En consecuencias, de una nebulosa molecular interestelar, se forman otras más pequeñas que van generando grandes estrellas de corta vida, otras semejantes al Sol y, también enanas café o marrones. Ahora bien, esa masa que se requiere para que se produzcan los colapsos es fácil de calcular partiendo de las ecuaciones que hemos presentado para el radio de Jean:
  • 30. tomando las constantes y la expresión MJ, nos da: y, así tenemos: Ahora, si miramos en masas solares, entonces tenemos: 03.04.04-03.- Características del tiempo para el colapso de una nebulosa de Jean. La aceleración ( fuerza por u y masa) percibida por una partícula ubicada al borde de la nebulosa de Jean (M masa, R radio) es: En consecuencia, las características del tiempo en «caída libre» de la masa para desplomarse hacia el centro es: Por otra parte, en el desarrollo de las ecuaciones para obtener las características del tiempo para el desplome de las nebulosas de Jean, solamente se considera su densidad total, no su tamaño. También, para llegar a ese resultado, no se considera ni el momentum angular (rotación), ni el campo magnético, el cual pondrá resistencia al derrumbe, alargando, con ello, el tiempo para el colapso. El tiempo de «caída libre» que hemos dado en nuestra descripción matemática de arriba para que se produzca el derrumbe de la nebulosa, se debe entender que se ubica en el límite más bajo de un cálculo para el tiempo de - colapso, ya que si consideramos que una nebulosa de Jean tiene una densidad total de n = 2 10³ cm ³, el tiempo que tomará en colapsar sin considerar la rotación y campo magnético es el siguiente: n = 2 · 10³ · cm-³ --- τ ff(n) = 2.24 · 106añ 03.04.04_01.- Los efectos de la rotación. Si la nube rota, como ya anteriormente lo enunciamos, el momentum angular se conserva, lo cual afecta el colapso. Para poder comprender mejor este efecto, lo vamos a estudiar en términos de partículas aglomeradas en la nebulosa molecular que estaría en condiciones de derrumbarse. Dado lo anterior, es que partimos expresando que: Que, el momentum de inercia de una esfera es ; La conservación del momentum ; En que la fuerza de una partícula a una distancia r es , como así mismo, la aceleración es: , o sea, es menor que ω = 0.
  • 31. En consecuencia, como ya lo habíamos mencionado, el efecto de rotación tiende a frenar el colapso. Ahora, si , entonces tenemos: con donde es la fracción colapsante previa de la nebulosa antes que la rotación pase a ser la dominante. No obstante, el colapso en los polos continúa en un proceso de achatamiento, acompañado de la formación de un disco. 03.04.04_02.- La luminosidad de una nube que proyecta al colapsar. Durante el derrumbe de una nube molecular, ésta pierde la totalidad de su energía, la cual se irradia lejos de su alcance. Al producirse ese fenómeno, naturalmente, que emite luz y, para determinar su luminosidad en función del tiempo, los astrofísicos concurren al Teorema Del Virial, el cual es aplicado a sistemas gravitatorios en los que se relaciona la energía cinética con la energía potencial, adquiriendo equilibrio para t »1 0 = 2 ( K ) + ( U ) (promedio temporal) Por su parte, la energía total es constante en que la energía de un estado ligado es negativa; en consecuencia, es necesario que su energía se incremente para romperlo. En cambio, para un sistema aislado las energías potenciales y cinética tienen una relación cercana lo anterior, significa que la ½ del cambio corresponde al resultado de la energía potencial ingravitacional provocado por el incremento del movimiento de las partículas y, la otra mitad, a la irradiación de la energía causada por el calentamiento del gas. Dado lo que hemos expresado inmediatamente arriba, entonces tenemos: Como el cambio en E con el tiempo es dado por el derivado de dE / dt: Ahora, dado que la ½ de esta cantidad se pierde en la radiación energética, la luminosidad de la nube es: calcular dR / dt = V(t) no es fácil, no obstante, se puede estimar un promedio usando el tiempo de caída libre y el radio inicial de Jean: Así
  • 32. Dado lo que hemos descrito hasta aquí, coloquémonos un ejemplo. Supongámonos que estamos estudiando una nebulosa planetaria cuya nube colapsa para formar estrellas con una densidad n = 4 103 cm-3 y una temperatura inicial de 50º K. Para desarrollar nuestro trabajo, necesitamos saber ¿Cuál es la masa de Jean (masas solares) y su radio (pc); cuál es el tiempo de colapso (años), y cuál es el promedio de luminosidad al derrumbarse la nube y de una de las nacientes estrellas (luminosidad solar)? Naturalmente que el resultado que obtenemos es significativamente débil, lo que implica que una nube que se derrumba es bastante oscura por lo que hemos venido estudiando. A esas regiones, muchas veces, se les denomina como glóbulos de Bok y, uno de ello, lo podemos apreciar en la imagen de abajo. Para estudiarlos, es necesario usar telescopios infrarrojos, ya que su temperatura es muy baja. En las secciones anteriores, hemos citado cómo puede llegar a comportarse el material que se encuentra aglomerado en las nubes moleculares de los medios interestelares donde tiene lugar la formación de nuevas estrellas. En esas páginas, mencionamos como concurren los distintos procesos que se van dando desde el gas molecular que se concentra en esas nubes hasta el tiempo en que empezaría la formación de una nueva estrella. No hemos dicho empieza, por que no está tan claro entre los astrofísicos, cuándo ni por qué se origina la formación de una nueva estrella. Ya, anteriormente mencionamos, que nunca hemos podido observar, propiamente tal, el nacimiento de una estrella. Lo que vemos habitualmente, a través de los instrumentos que se disponen, es la emisión de una nueva luz estelar que procede de nubes moleculares alojadas en cúmulos planetarios. Recordemos que, los cúmulos planetarios no son entes estelares fáciles de observar, ya que permanentemente se encuentran cubiertos de polvo lo que imposibilita la observación óptica de las zonas de regiones de nacimientos de estrellas. . Los que hasta ahora se han podido detectar ha sido a través de observaciones de radio. Antes de entrar a la descripción teórica de lo que puede ser una protoestrella, vamos a proceder a efectuar una explicación descriptiva de las fuerzas que concurren dentro de las nubes moleculares y cómo es posible que se formen en ellas nuevas estrellas, con el objetivo de que aquellos lectores, que no tienen una formación en física y de su formalismo matemático, puedan compenetrarse mejor con el tema que hemos venido hasta ahora. Hemos señalado anteriormente, que en principio las nubes moleculares están en equilibrio de fuerzas. Dentro de esas fuerzas que se hallan actuando buscando una preeminencia, entre otras, se pueden considerar como más importantes las siguientes:
  • 33. Figura 03.04.05.01.- Las principales fuerzas que actúan insertas en una nube molecular. 1. Fuerzas expansivas: -- – Presión hidrostática interna. Generada por la densidad y temperatura de la nube. --.– Presión por turbulencia. --.– Los movimientos sistemáticos, los cuales pueden ser provocados por la rotación de fuerzas centrífugas. 2. Fuerzas compresoras: --.– Presiones externas. Éstas, son ejercidas por el medio interestelar que rodea a las nubes. --.– La gravedad. Aunque reúne ciertas diferencias, no obstante es la fuerza compresora. dominante. 3. El campo magnético: ---.. Como ya lo señalamos antes, el campo magnético tiende a oponerse a cualquier movimiento de partículas, ya sean ..... éstas de expansión o contracción. Su efecto es débil, ya que su fuerza sólo la ejerce sobre partículas ionizadas, la ..... que no corresponden a la mayoría que se aglutinan en las nubes que son H2. Mencionamos anteriormente, que casi no existen dudas entre los astrofísicos de que una estrella comienza a formarse cuando la fuerza de gravedad gana la partida, rompiendo el equilibrio que existía, al provocar el colapso de éstas el gas y polvo aglomerado en las nubes moleculares. Al derrumbarse la nube, se incrementa su densidad y temperatura. Ahora, ese incremento es más alto en su centro, lo que, eventualmente, da a lugar a que empiece a formarse un nuevo objeto de características estelares. A ese objeto, que se forma en el centro de la nube que se ha derrumbado y que, luego, procederá a formarse en estrella se le conoce como protoestrella. Dada la ubicación en la cual se forman las protoestrellas en la nube molecular colapsada, cuyos vecinos más cercanos son densas capas de polvo y gas, es prácticamente imposible poder observarlas a la luz visible, ya que cualquier luz de ese tipo que emitan es absorbida por ese material que las rodea. Solamente se hacen visibles a la luz, cuando en una fase evolutiva más avanzada alcanzan una alta temperatura que les permita generar una radiación capaz de soplar, limpiando de su entorno y enviándolo lejos, a la mayoría del material que se encontraba rodeándolas. Hasta que no llegue a esa fase evolutiva, una protoestrella solamente puede ser detectada a través de infrarrojo. La luz que emite la protoestrella es absorbida por el polvo que la circunda, calentándolo y haciéndolo emitir en esa luz. Con el tiempo, los estudios que se vienen realizando de las estrellas con telescopios IR, posiblemente nos entreguen importante información para poder dilucidar definitivamente cómo se forman, lo que incluye a nuestro Sol y a su sistema planetario. Figura f_03.04.05.02.- Las dos imágenes de la izquierda fueron tomadas por los instrumentos de captación en
  • 34. infrarrojo del IRAS, un satélite que ha venido catalogando millares de centros calientes de nubes moleculares, insertados en las densas masas de gas y polvo acumulado en esos sitios donde se pueden formar nuevas estrellas. La primera de las imágenes corresponde a la constelación de Orión, en la cual se conocen varias activas regiones de formación de estrellas. La segunda, es una toma de la nube de la estrella Rho Ophiuchi. Ahora bien, para que la gravedad logre triunfar y rompa el equilibrio de un cierto volumen del gas molecular que se halla almacenado en una nube y domine sobre el resto de las fuerzas, como ya lo estudiamos, es necesario que la masa que se encuentra cautiva en ese volumen debe superar un cierto valor crítico que, como ya lo señalamos anteriormente, se le denomina «masa de Jean», que corresponde aproximadamente a unas 45 T(3/2)n(1/2) , donde T es la temperatura y n es la densidad de moléculas de gas. Como se puede entender, la mínima materia que se requiere para que se inicie la formación de una protoestrella depende de la densidad y de la temperatura del gas. Cuanto menor sea la masa de Jean, más fácil será que se inicie la formación de una estrella. Por lo que se ha logrado deducir por las observaciones que se han podido realizar, las estrellas tiende a formarse en la zona más densa y fría de la nube. Se puede concluir, por lo que se sabe, que la forma más simple de romper el equilibrio inicial para que se logre la masa de Jean es la de que se de un fuerte incremento de la densidad del gas, pero ¿cómo podría darse eso?. Una posibilidad es la explosión de una supernova en las inmediaciones de la nube molecular. Tampoco es imposible que se consiga llegar de forma espontánea a la masa crítica: las nubes moleculares pueden estar en equilibrio como un todo, pero producirse pequeños grumos locales en los que ese equilibrio se rompa. Figura 03.04.05.03.- La imagen de la derecha, corresponde a una protoestrella que está comenzando a soplar lejos al gas y al polvo que la circunda, a este tipo de astro estelar se les llama estrellas T-Tauri. El polvo y gas que todavía se conserva alrededor de la estrella todavía irradia en el infrarrojo. Se tienen evidencias, de que ese remanente de polvo y gas circundante que rodea a las estrellas T-Tauri forman los rotantes discos que pueden dar origen a un sistema planetario. La luminosidad de esos vientos estelares esta dada en una primera aproximación por: En resumen, podemos definir que la formación de una protoestrella comienza de la siguiente manera: Una concentración de material rotando lentamente se forma dentro de la nube molecular, fragmentándose del resto. Esa concentración se hace inestable y colapsa. El material más cerca del centro colapsa primero. De ese colapso se forma una protoestrella con un disco alrededor, rodeados del la envoltura de gas y polvo que todavía continúa colapsando. En ese proceso, la mitad de la energía liberada por el colapso va a disociar hidrógeno molecular y a ionizar hidrógeno neutro. Luego, el colapso puede ser frenado por Tcore↑ y Pcore↑. Así la opacidad crece, y la ↑ radiación sólo puede escapar en la superficie, lo cual genera que T . Debemos consignar, que la formación de las estrellas, por lo que se deduce de las observaciones, no se produciría de manera aislada, sino en grupos, lo que generaría los cúmulos que vemos de estrellas jóvenes. Un ejemplo de la formación de agrupaciones estelares jóvenes son los cúmulos abiertos como las Pléyades o RCW 38 (Fig. 03.04.05.04 ). Lo anterior, lo podemos entender mejor si volvemos a mirar la fórmula de la masa de Jean. Cuando se inicia el colapso gravitatorio, la densidad va aumentando, por lo cual la masa crítica disminuye. Ello, puede implicar que la maza que comenzó a colapsarse puede, posteriormente, fragmentarse en varias partes, cada una de ellas con una masa crítica lo suficientemente densa como para proseguir colapsándose individualmente. Figura 03.04.05.04.- Las dos imágenes de la izquierda corresponden a cúmulos de estrellas jóvenes. La primera de ellas, es una imagen óptica de las
  • 35. Pléyades, uno de los tantos cúmulos de estrellas jóvenes. En ella, se pueden apreciar los restos de la nube molecular de la que se formaron. La imagen siguiente, fue tomada por el telescopio de 8,2 m del Observatorio Cerro Paranal de la ESO en Chile. En ella, se puede observar un muy joven cúmulo abierto en el cual las estrellas todavía se encuentran sumergidas en el polvo y gas del lugar donde se generaron. Este cúmulo, ha sido denominado como RCW 38 y se halla a unos 5.000 al de la Tierra en la constelación La Vela. Usualmente, cuando se observan cúmulos abiertos de estrellas jóvenes no se ve tanto el polvo como el gas porque las estrellas han tenido el suficiente tiempo como para soplarlos lejos o dispersarlos con la presión de la radiación desde la nebulosa en la cual se formaron. En este caso las estrellas son tan jóvenes que todavía están ocultando por el polvo. En luz visible, serían oscurecidas por la materia circundante, pero con el infrarrojo se puede penetrar el polvo mucho mejor y permite que el cúmulo abierto sea reflejado. Es sabido, que un gas que se contrae aumenta su temperatura y densidad, a menos que pueda irradiar rápidamente energía. Para el caso de la formación de una estrella, ese proceso sólo se produce en la primera fase del colapso gravitatorio. Sin embargo, en las últimas fases, cuando la densidad del gas como del polvo es significativamente elevada, la temperatura experimenta un aumentos substancial. Cuando la protoestrella llega a una temperatura de unos 10.000.000º K, comienzan las primitivas reacciones nucleares de fusión, que son la fuente de la propia energía de una estrella. En las primeras fusiones, la protoestrella produce deuterio. Esa energía, causa un viento que frena y finalmente expulsa el material de la envoltura. Ese viento es más efectivo hacia los polos de la protoestrella, ya que hacia el ecuador se opone el disco. Poderosos chorros (jets) emergen de la protoestrella, perpendiculares al disco, causando ondas de choque con el gas externo. Estos se denominan objetos H-H (Herbig-Haro). En la medida que la temperatura sigue creciendo, Pcore↑ ,el colapso comienza a declinar, y la protoestrella entra a la secuencia principal MS (main sequence o secuencia pre-principal). Pero hasta aquí, todavía no podemos hablar de una estrella. Es muy obvio que la protoestrella siga creciendo antes de transformarse en una estrella. En la medida que se va formando, la gravedad la va contrayendo aún más, lo que implica que la temperatura se vaya acrecentando significativamente. Es como si se estuviese inflando un neumático de bicicleta, mientras más se comprime el aire, más se calienta. En el diagrama de Hertzsprung-Russell, la andana grande del centro se llama la «secuencia principal» y es donde se ubican la mayoría de las estrellas y viven la mayor parte de sus vidas. Entremedio, hay un período de tiempo cuando se forman las protoestrellas y van alcanzando la secuencia principal, al cual, como ya lo mencionamos, se le denomina como MS (main sequence o secuencia pre-principal). En el punto MS de la secuencia, si bien las protoestrellas ya han producido deuterio por fusión, no obstante, técnicamente, son entes estelares protoinmóviles, ya que todavía se hallan en un período de contracción sin haber llegado a la madurez en sus procesos de fusión. A este punto, las estrellas todavía se están contrayendo. La secuencia pre-principal a la derecha, muestra teóricas temperaturas versus posibles luminosidades de las protoestrellas en relación a una diversidad de masas. Las protoestrellas de bajas masas, durante sus procesos de contracción, disminuyen su luminosidad llegando a ser opacas hasta que su energía logra salir del enclaustramiento gravitatorio, provocándose con ello un incremento de sus temperaturas de superficies y de sus irradiaciones lumínicas. Por su parte, Las protoestrellas de mayor masa, tienen una opacidad bastante baja, debido a que contienen una alta temperatura y expelen calor hacia fuera de sus superficies. Encontrándose en ese estado las protoestrellas, la presión que se genera sobre su núcleo les incrementa aún más las temperatura y, cuando éstas llegan a los 10.000.000º K, se inicia la fusión del hidrógeno. Las reacciones nucleares producen más energía, aumentan aún más la temperatura del gas, y el viento dominante fluye en todas direcciones desde la estrella, todavía rodeada por el disco. Al final del proceso se reestablece el equilibrio: las altas temperaturas hacen que la presión hidrostática del gas (que tiende a expandirlo) compensen la fuerza de la gravedad (que tiende a contraerlo Ahora, la protoestrella se ha convertido en una estrella. Brilla con su propia luz. El proceso que hemos descrito sobre la formación de una estrella partiendo desde una nube de gas no es tan expedito como pareciese. En efecto, la fuerza centrífuga impone ciertas restricciones al final del proceso, que impiden que todo el gas en colapso forme parte de la nueva estrella directamente. El gas que comienza el colapso tiene una cierta cantidad de momentum angular (o cinético), que siempre debe conservarse. Esta conservación de momentum angular implica que, al disminuir el tamaño de un cuerpo aumente su velocidad de rotación y, por lo tanto, la fuerza centrífuga que sufre. El gas que va cayendo se encuentra una barrera centrífuga que frena momentáneamente su colapso. Lo anterior, vamos a intentar profundizar un poco más en la siguiente sección. E n la sección anterior, señalamos que el derrumbe del gas de una nube molecular no era expedito debido a las dificultades que le iba colocando en el proceso la fuerza centrífuga. Dijimos, que el gas que comienza el colapso tiene una cierta cantidad de momentum angular (o cinético), que siempre debe conservarse. En otras palabras, los sucesos que presenta la naturaleza durante el derrumbe de una nube molecular son algo más complicados de lo que podría entreverse en lo que hemos descrito hasta ahora. Por ello, al principio, en esta sección, nos abocaremos a estudiar que es el momentum angular referido al colapso del gas de una nube molecular. Si bien el momentum angular es parte de nuestra experiencia diaria, para nuestro interés aquí, podemos definirlo como que en la naturaleza el hecho de que las leyes
  • 36. físicas sean invariables bajo rotación, ello implica la existencia de una cantidad asociada que se conserva. El momentum está relacionado con la invariabilidad de la naturaleza bajo traslaciones espaciales, mientras esta nueva cantidad se relaciona con la invariabilidad de la naturaleza bajo traslaciones por un ángulo. Por esta razón se le llama «momentum angular», el cual juega un importante papel en procesos que van desde escalas atómicas hasta escalas humanas. Si lo anterior lo aplicamos a una nube molecular, tenemos que concebir que todo el material de ella, en su colapso, no se va a derrumbar todo hacia el centro, ya que una parte importante de él estará compuesto por componentes relacionados con rotaciones concernientes al centro de la nube. Como se mueven adentro, la velocidad de la rotación les impide su caída hacia la parte central. En consecuencia, no todo el material colapsado de una nube molecular cae directamente sobre la protoestrella. En vez de ello, la mayor cantidad de él se desploma acumulándose primero en un disco extendido. Luego, ese material se calienta debido a las colisiones y, así, convierte su momentum angular en energía térmica. Lo anterior, permite que el material aglomerado en el disco se mueva y acreciente. En la figura de la izquierda, se pueden observar a esos discos (color verde) girando alrededor de una joven estrella T-Tauri. Este tipo de estrellas, emiten flujos bipolares y jets como se pueden ver con color rojo en la figura. Esos jets, pueden contener brillantes nudos conocidos como objetos «Herbig – Haro [HH]», los cuales pueden extenderse alcanzando enormes distancias. Mientras las estrellas jóvenes prosiguen su formación, con mucha frecuencia material se sigue aglomerando alrededor de ellas, acrecentando un disco que las circunda. Normalmente, las nuevas estrellas tienen fuertes vientos solares asociados a sus nacientes reacciones nucleares y a la materia que tiende a posarse en sus superficies procedente de ese disco, la cual es calentada y expedida como jets a lo largo de sus ejes de rotación. Como esta eyección de materia es dirigida al medio interestelar, el gas que la compone procede a formar nebulosidades en los extremos opuestos a la orientación de los jets. En la figura 03.04.06.03, que insertamos a continuación, muestra una toma efectuada por el HST, en la cual se puede ver una situación de esa naturaleza en las vecindades de la Nebulosa de Orión. Fig. 03.04.06.03.- En la fotografía de arriba, se pueden apreciar dos brillantes nebulosidades que se mueven lejos de una protoestrella o de una joven estrella. A esas brillantes nebulosidades se les denomina Objetos Herbig - Haro. En la imagen, la estrella responsable de los jets y de las nebulosidades ubicadas al final de los extremos de éstos, se piensa que se encuentra oculta en el centro de ésta, por remanentes de polvo oscuro. Se estima que la longitud entre un extremos y otro de la imagen es de alrededor de un año luz.. En la figura 03.02.07.04 que presentamos a continuación, el HST nos proporciona una dramática mirada del colapso de un disco circunestelar de polvo y gas construido por una estrella, el cual podría aportar los ingredientes necesarios para la formación de un sistema planetario. En la fotografía, también se pueden ver a unos jets de gas caliente profundamente concentrados dentro de varios sistemas embrionarios, semejantes a una especie de sopletes de soldar y expeliendo igual que esas máquinas, material encendido por las explosiones de la estrella a una velocidad de medio millón de mph. Esta y otras observaciones del Hubble han proporcionado nuevas luces para ayudar a hallar la respuesta a una pregunta central de la astrofísica y astronomía: ¿Cómo de una tenue nube interestelar de polvo y gas se puede formar una estrella igual al Sol?
  • 37. Fig. 03.04.06.04.- En esta toma del Hubble se pude ver otro jet producido por una joven estrella, designada como HH-47. La longitud que se le ha estimado a este jet es del orden de los 4.800 millones de km, el cual se origina desde una oculta estrella tapada por una nube de polvo cerca del borde derecho de la imagen. La naturaleza torcida que presenta el jet sugiere que la estrella emisora se halla bamboleándose en su eje de rotación, posiblemente debido a la interacción de con otra estrella. El objeto Herbig - Haro HH-47, se encuentra localizado a unos 1.500 al de la Tierra, al bode de la nebulosa La Goma, la cual posiblemente sea un antiguo remanente de una supernova. Pero ¿qué son y cómo se producen los objetos Herbig – Haro? Con la pretensión de lograr un mejor entendimiento sobre lo que vamos a describir, consideremos que los submarinos, los volcanes, las catapultas, los motores de aviones jet y los quásares astrofísicos tienen en campo común lo siguiente: son todos capaces de acelerar objetos – sean torpedos, rocas, misiles o gente – a velocidades extremadamente altas. Los proyectiles son retrasados por la fricción mientras intentan penetrar en sus entornos, creando ondas de arco, auges acústicos y turbulentas estelas. En nuestra galaxia, la Vía Láctea, sabemos ahora que cuenta con enjambres de ese tipo de proyectiles, los llamados objetos Herbig – Haro, en honor a los dos primeros científicos que los investigaron. Estos objetos que cohabitan en la galaxia, tienen un movimiento de características balísticas, semejante al que ejerce una bala de cañón. La interrogante es ¿qué están haciendo en los lugares donde han sido detectados, dónde se hallan los objetos que abrieron fuego con ellos y por qué los dispararon ? En los últimos tiempos, los astrónomos han logrado detectar muchísimos jets de estas balas interestelares en medio de estrechas franjas de corrientes de gas. Como hemos visto, a veces estos jets se hallan en simétricos pares, en cuyo centro, la mayoría de las veces, no se hace visible el objeto emisor y, en otras, apenas es distinguible un cuerpo oscura semejante a una estrella. Esos cuerpos, son las protoestrellas de las cuales hemos hablado. Cuando una estrella está naciendo, el momento es señalado por estampidas semejantes a redobles de fuego de cañones. Esos jets que emiten las protoestrellas astrofísicamente son espectaculares. Lo anterior, es obvio que nos lleve a una interrogante: ¿ Por qué el nacimiento de una estrella tiene que estar acompañado por estos violentos acontecimientos? Los trabajos teóricos que se han venido realizando en los últimos años, han llevado a los astrofísicos a concluir que esos violentos sucesos son esenciales para que se puedan generar las estrellas. Un estrella, no se puede formar en aislamiento con facilidad debido a la conservación de su momentum angular, ya que giraría tan rápidamente que se enrollaría asimisma imposibilitando su derrumbe. Por ello, se piensa que los jets y las balas u objetos HH serían los que llevan hacia a fuera el momentum angular de la naciente estrella durante la última etapa del colapso de su materia gestora. Las estrellas – muchas como nuestro propio Sol – como ya lo mencionamos, nacen en gruesas y polvorientas nubes. Por ello, se piensa que las balas u objetos HH son generalmente expulsadas sólo por un lado de la naciente estrella. Los HH se mueven lejos de nuestros sitios de observación y, al penetrar en las profundidades de la nube, se mantienen ocultos. Sin embargo, los humanos cuentan, en la actualidad, con instrumentos capaces de penetrar en la observación, las polvorientas capas ocultadoras de esas balas de emisión estelar. Los telescopios equipados con cámaras fotográficas infrarrojas, son uno de ellos. Periódicas observaciones realizadas por varios años, han detectado a objetos HH moviéndose como balas a centenares de kilómetros por segundo. Aquí, se abre una nueva interrogante ¿ Cómo pueden sobrevivir las moléculas a tales velocidades sin despedazarse en sus trayectorias y cuál es el proceso que se da en la nube molecular y protoestrella para hacer retornar a los objetos HH desde la lejana nubosidad donde llegaron, como lo hemos visto en las fotografías que hemos expuesto . Cuando se halle la respuesta a esa interrogante, no sólo se cumpliría con el objetivo medular de la investigación, que es el de conocer mejor a nuestro universo, sino que también podríamos encontrar una muy buena contribución para nuestras necesidades de controlar los recursos energéticos y de poder viajar en vuelos aéreos más rápidos. Pero, claro está, que mientras se forma una estrella no todo lo que hasta ahora hemos relatado es lo que va sucediendo en su gestación. Hemos señalado que como consecuencia de la conservación del momentum angular, en la primera fase de formación estelar tendremos una protoestrella central. Esta protoestrella, mientras continua su camino a convertirse en estrella se va rodeando de un disco de gas y polvo del cual no sólo salen las balas u objetos que hemos descrito, sino que también su material rota alrededor del nonato astro estelar. Se cree que estos discos son los precursores de nuevos sistemas planetarios, por lo que se llaman «discos protoplanetarios». Algunos de estos discos se han sido fotografiados por el Habble. En la ilustración animada de la derecha, que fue extraída de una toma del HST del objeto HH - 30, no sólo aparece representado el mencionado disco, sino que también los jets y balas que hemos descrito anteriormente. En observaciones por radio pueden verse, por ejemplo, a estrellas jóvenes comportando máseres de agua. En la figura 03.04.06.06 vemos un ejemplo de uno de estos discos con un tamaño aproximado al del sistema solar.
  • 38. Como cualquier ente en gestación, la protoestrella central sigue creciendo en la medida que engulle material del circunestelar disco que la rodea, en un proceso que se denomina «acrecimiento». Pero, para que lo anterior pueda ocurrir, de alguna forma debe ser compensado el momentum angular que se perdería, debido a la cantidad de masa engullida por la protoestrella. Una de las formas para conseguirlo, como lo estudiamos al principio de esta sección, es expulsar materia a través de jets a gran velocidad en simultaneidad al acrecimiento. El material que ha sido expulsado a través de los jets va emitiendo vientos ionizados que son detectados por las «radiaciones de frenado» que ellos mismos generan y captadas en observaciones de radio. En la imagen de la figura 03.04.06.06, estos jets están indicados con una flecha. También en la figura animada de la derecha, se puede apreciar un jet graficado en forma perpendicular al disco. Fig.03.04.06.06.- La imagen de la izquierda, muestra a una distribución de másares de agua en un disco protoplanetario ubicado en NGC 2071, en una toma realizada por el VLA. El disco tiene una configuración casi compacta y procede de la estrella central. A la derecha, una ilustración del Sistema Solar con casi la misma escala que la imagen del disco, pero apta para su comparación. Ahora bien, el viento que es expulsado, a su vez, empuja el gas circundante que rodea a la joven estrella, en un proceso que se conoce como «flujo molecular». Estos procesos, habitualmente son detectados mediante efecto Doppler en líneas moleculares como las de CO o HCO+, y en muchos casos se observa un alto grado de colimación. Para resumir diremos, que bajo circunstancias especiales nace una estrella, y una cantidad de materia se une y transforma, generando una cantidad de energía, por miles de millones de años, al final de su existencia, explota, y de los mismos restos de ella, y en circunstancias especiales, las cuales deben de presentarse, quizás al paso también de miles de millones de años nace de nuevo, una nueva estrella,
  • 39. entonces la energía de estas, se renueva, y esto gracias a las circunstancias especiales, y de nuevo la energía aparece, los mecanismos, son los mismos, ya que la fuerza de la gravedad, es el motor de la creación de estas nuevas estrellas. Por lo tanto, una cantidad de materia bajo circunstancias especiales, inicia combustión en una forma de energía, en este caso la nueva estrella, cuando estas circunstancias especiales desaparecen, por el consumo de sus combustibles, o por cualquier otra razón, la estrella deja de generar energía, pero la materia dispersada de la estrella, por la explosión, puede volver a formar parte de otra estrella, esto bajo circunstancias especiales, entonces encontramos que una misma cantidad de materia, puede bajo circunstancias especiales, ser parte de un sin fin de estrellas las cuales continuaran generando energía, lo que deja bien en claro que E=mc2, es totalmente obsoleta, y esto si lo vemos en el paso del tiempo de billones de billones de años, es absolutamente ilógico. En cuanto a la muerte por enfriamiento de nuestro universo podemos decir que, es absolutamente improbable que esto suceda, ya que sabemos que la creación de nuevas materias sucede bajo circunstancias especiales, como lo son la presión la temperatura, en esto encontramos que lo mas lógico es que lo que esta sucediendo en el universo desde el principio, es que la materia y la energía se están multiplicando, y a la vez por eso el universo se esta expandiendo. M= c1, e1, =E= c1, e1, c2, F, U, c3,= M = e2 El universo vacío, generador de movimiento infinito. = a Energía. Energía del punto cero
  • 40. En física, la energía del punto cero es la energía más baja que un sistema físico mecano-cuántico puede poseer, y es la energía del estado fundamental del sistema. El concepto de la energía del punto cero fue propuesto por Albert Einstein y Otto Stern en 1913, y fue llamada en un principio "energía residual". El término energía del punto cero es una traducción del germano Nullpunktsenergie. Todos los sistemas mecano- cuánticos tienen energía de punto cero. El término emerge comúnmente como referencia al estado base del oscilador armónico cuántico y sus oscilaciones nulas. En la teoría de campos cuántica, es un sinónimo de la energía del vacío o de la energía oscura, una cantidad de energía que se asocia con la vacuidad del espacio vacío. En cosmología, la energía del vacío es tomada como la base para la constante cosmológica. A nivel experimental, la energía del punto cero genera el efecto Casimir, y es directamente observable en dispositivos nanométricos. Debido a que la energía del punto cero es la energía más baja que un sistema puede tener, no puede ser eliminada de dicho sistema. Un término relacionado es el campo del punto cero que es el estado de energía más bajo para un campo, su estado base, que no es cero. Pese a la definición, el concepto de energía del punto cero y la posibilidad de extraer "energía gratuita" del vacío han atraído la atención de inventores principiantes. Numerosas máquinas de movimiento perpetuo y otros equipos pseudocientíficos, son frecuentemente llamados dispositivos de energía libre, con el propósito de explotar la idea. Como resultado de esta actividad y su intrigante explicación teórica, el concepto ha adquirido vida propia en la cultura popular, apareciendo en libros de ciencia ficción, juegos y películas.
  • 41. En 1900, Max Planck dedujo la fórmula para la energía de un "radiador de energía" aislado, i.e. una unidad atómica vibratoria, como: Aquí, h es la constante de Planck, ν es la frecuencia, k es la constante de Boltzmann, y T es la temperatura. En 1913, utilizando esta fórmula como base, Albert Einstein y Otto Stern publicaron un artículo de gran importancia donde sugerían por primera vez la existencia de una energía residual que todos los osciladores tienen en el cero absoluto. Llamaron a esto "energía residual", o Nullpunktsenergie (en Alemán), que fue más tarde traducido como energía del punto cero. Realizaron un análisis del calor específico del gas hidrógeno a baja temperatura, y concluyeron que los datos se representan mejor si la energía vibracional es elegida para que tome la forma:1 Por lo que, de acuerdo a esta expresión, incluso en el cero absoluto la energía de un sistema atómico tiene el valor ½hν.2 Fundamentos físicos En física clásica, la energía de un sistema es relativa, y se define únicamente en relación a algún estado dado (a menudo llamado estado de referencia). Típicamente, uno puede asociar a un sistema sin movimiento una energía cero, aunque hacerlo es puramente arbitrario. En física cuántica, es natural asociar la energía con el valor esperado de un cierto operador, el Hamiltoniano del sistema. Para casi todos los sistemas mecano-cuánticos, el valor esperado más bajo posible que este operador puede tener no es cero; a este valor más bajo posible se le denomina energía del punto cero. (Nota: Si añadimos una constante arbitraria al Hamiltoniano, obtenemos otra teoría que es físicamente equivalente al Hamiltoniano previo. A causa de esto, sólo la energía relativa es
  • 42. observable, no la energía absoluta. Sin embargo, esto no cambia el hecho de que el momento mínimo es no nulo). El origen de una energía mínima no nula puede ser intuitivamente comprendido en términos del principio de indeterminación de Heisenberg. Este principio establece que la posición y el momentum de una partícula mecánica cuántica no pueden simultáneamente ser ambos conocidos con precisión. Si la partícula es confinada a un pozo de potencial, entonces su posición es como mínimo parcialmente conocida: debe estar en el pozo. Por ello, uno puede deducir que en el pozo, la partícula no puede tener momento cero, pues de lo contrario se violaría el principio de incertidumbre. Porque la energía cinética de una partícula en movimiento es proporcional al cuadrado de su velocidad, no puede ser cero tampoco. Este ejemplo, sin embargo, no es aplicable a una partícula libre - la energía cinética de la cual si puede ser cero. La idea de la energía del punto cero está presente en diferentes situaciones, y es importante distinguirlas, y notar que hay muchos conceptos muy relacionados. En mecánica cuántica ordinaria, la energía del punto cero es la energía asociada con el estado fundamental del sistema. El más famoso ejemplo de este tipo es la energía asociada con el estado fundamental del oscilador armónico cuántico. Más exactamente, la energía del punto cero es el valor esperado del Hamiltoniano del sistema. En teoría cuántica de campos, el tejido del espacio se visualiza como si estuviera compuesto de campos, con el campo en cada punto del espacio-tiempo siendo un oscilador armónico simple cuantizado, que interactúa con los osciladores vecinos. En este caso, cada uno tiene una contribución de de cada punto del espacio, resultando en una energía del punto cero técnicamente infinita. La energía de punto cero es de nuevo el valor esperado del Hamiltoniano; aquí, sin embargo, la frase valor esperado del vacío es más comúnmente utilizada, y la energía es bautizada como energía del vacío. En la teoría de perturbaciones cuántica, se dice a veces que la contribución de los diagramas de Feynman de un bucle único y de bucles múltiples al propagador de la partícula elemental son las contribuciones de las fluctuaciones del vacío o de la energía del punto cero a la masa de las partículas.
  • 43. La evidencia experimental más simple de la existencia de la energía del punto cero en la teoría cuántica de campos es el Efecto Casimir. Este efecto fue propuesto en 1948 por el físico holandés Hendrik B. G. Casimir, quien analizó el campo electromagnético cuantizado entre dos placas metálicas paralelas sin carga eléctrica. Una pequeña fuerza puede medirse entre las placas, que es directamente atribuible a un cambio en la energía del punto cero del campo electromagnético entre las placas. Aunque el efecto Casimir al principio fue difícil de medir, porque sus efectos pueden verse únicamente a distancias muy pequeñas, el efecto es muy importante en nanotecnología. No sólo es el efecto Casimir fácilmente medido en dispositivos nanotecnológicos especialmente diseñados, sino que se debe tener en cuenta cada vez más en el diseño y en el proceso de manufactura de los mismos. Puede ejercer fuerzas significativas y tensiones sobre los dispositivos nanotecnológicos, causando que se doblen, tuerzan, o incluso que se rompan. Otras evidencias experimentales incluyen la emisión espontánea de luz (fotones) por átomos y nucleos, el efecto Lamb de las posiciones de los niveles de energía de los átomos, los valores anómalos de la tasa giromagnética del electrón, etc. Gravitación En cosmología, la energía del punto cero ofrece una posibilidad intrigante para explicar los especulativos valores positivos de la constante cosmológica. En resumen, si la energía está "realmente allí", entonces debería ejercer una fuerza gravitacional. En relatividad general, la masa y la energía son equivalentes; y cualquiera de ambas puede producir un campo gravitatorio. Una dificultad obvia con esta asociación es que la energía del punto cero del vacío es absurdamente enorme. De hecho, es infinita, pero uno podría decir que la nueva física se cancela en la escala de Planck, por lo que su crecimiento debería cortarse en este punto. Incluso así, lo que queda es tan grande que doblaría el espacio de forma claramente visible, por lo que parece que tenemos aquí una contradicción. No hay salida fácil del problema, y reconciliar la enorme energía del punto cero del espacio con la constante cosmológica observada, que es pequeña o nula, ha llegado a ser uno de los problemas importantes de la física teórica, y se ha convertido en un criterio para juzgar un candidato a la Teoría de Utilización en propulsión Otra área de la investigación en el campo de la energía del punto cero es cómo puede ser utilizada para propulsión. NASA y British Aerospace tienen programas de investigación con este objetivo, pero producir tecnología práctica es todavía algo muy lejano. Para tener éxito en esta tarea, tendría que ser posible crear efectos repulsivos en
  • 44. el vacío cuántico, lo que de acuerdo a la teoría debería ser posible, y se están diseñando experimentos para producir y medir estos efectos en el futuro. El Catedrático Ulf Leonhardt y el Doctor Thomas Philbin, de la University of St Andrews en Escocia, han trabajado en una forma de invertir el efecto Casimir, para que sea repulsivo en vez de atractivo. Su descubrimiento puede conducir a la construcción de micromáquinas sin fricción con partes móviles que leviten.3 Rueda, Haisch y Puthoff4 5 6 han propuesto que un objeto masivo acelerado interactúa con el campo de punto cero para producir una fuerza de freno electromagnética que es la verdadera responsable del fenómeno de la inercia; ver electrodinámica estocástica. Dispositivos de "Energía gratuita" El efecto Casimir ha establecido la energía del punto cero como un fenómeno científicamente aceptado. Sin embargo, el término energía del punto cero ha sido igualmente asociado con un área altamente controvertida - el diseño e invención de los llamados ingenios de "energía gratuita", similares a las máquinas de movimiento perpetuo del pasado. Tal es el caso de John Hutchinson [1] un apasionado canadiense del tema de energía libre que asegura haber obtenido una forma de extraer energía del punto cero, con el cual se podría tener baterías de una duración de 1000 años. El universo vacío, generador de movimiento infinito. = a Energía. Algo en movimiento como lo son los planetas, sistemas solares, galaxias, en el vacío, como lo es nuestro universo, el cual conocemos como infinito, es imparable, por consecuencia, la energía supera por mucho las expectativas de E= mc2, ya que esta la E= es infinita.
  • 45. Energía del tiempo y el espacio. La energía del tiempo y el espacio, no es una energía, que sale directamente de la energía, si no es una energía que bajo circunstancias especiales, del movimiento o transformación de la materia, aparece. También puede aparecer energía del tiempo y el espacio, directamente de la energía, como lo es el calor. Ejemplos de diferentes formas de energía del tiempo y el espacio. Las estrellas Las mareas Las corrientes oceánicas La rotación de los planetas Los huracanes La lluvia El fuego La luz Las tormentas eléctricas La vida orgánica La energía del tiempo y el espacio siempre a estado ahí desde los orígenes del universo, solo que esta usa camuflaje, y es por eso que siendo tan tangible no podemos verla. Epilogo.
  • 46. Como ya lo hemos explicado, en los demás artículos, como Entropía, Energía, Tiempo y espacio, Ein, Tiempo, la mejor explicación del tiempo y el espacio, en una forma simple, es el decir, que es el momento y el lugar, bajo las circunstancias especiales, y la combinación del movimiento, y la transformación de la materia. Da como consecuencia la energía que proviene del tiempo y el espacio. Debido a la urgente necesidad de energía en el mundo, pronto muy pronto, aparecerán nuevos dispositivos generadores, de esta energía. Autor Arturo Raúl Cortés El rey esta desnudo. El rey esta desnudo.

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