Astrofísica: objeto de estudio, historia, teorías, ramas
La astrofísica se encarga de combinar los enfoques de la física y la química para analizar y explicar todos los cuerpos en el espacio como estrellas, planetas, galaxias, y demás. Figura como una rama de la astronomía y es parte de las ciencias relacionadas con el estudio del Universo.
Parte del objeto de estudio tiene que ver con la búsqueda del entendimiento del origen de la vida en el Universo y la función o rol de los seres humanos dentro de él. Por ejemplo, intenta descubrir cómo se desarrollan los entornos con condiciones favorables para el desarrollo de la vida dentro de un sistema planetario.
Índice del artículo
- 1 Objeto de estudio
- 2 Historia de la astrofísica
- 3 Teorías destacadas para el estudio de la astrofísica
- 4 Métodos de recolección de información
- 5 Ramas implementadas en la astrofísica observacional
- 6 Conceptos relevantes
- 7 Referencias
La astrofísica tiene como objeto de estudio explicar el orígen y la naturaleza de los cuerpos astronómicos. Algunos de los factores que analiza son la densidad, la temperatura, la composición química y la luminosidad.
Esta rama de la astronomía se vale del espectro electromagnético como principal fuente de información de cualquier objetivo astronómico del universo. Se estudian los planetas, las estrellas y las galaxias, entre otros. Hoy en día, además, se enfoca en objetivos más complejos o lejanos como los agujeros negros, la materia oscura o la energía oscura.
Mucha de la tecnología moderna implementada en el enfoque astrofísico permite obtener información a través de la luz. Con el estudio del espectro electromagnético, esta disciplina es capaz de estudiar y conocer tanto los cuerpos astronómicos visibles como los invisibles al ojo humano.
El surgimiento de la astrofísica como rama de la astronomía se da durante el siglo XIX. Su historia está llena de antecedentes relevantes en los cuales se relaciona estrechamente la química con las observaciones ópticas. La espectroscopia figura como la técnica de estudio más crucial para el desarrollo de la ciencia y se encarga de analizar la interacción entre la luz y la materia.
La espectroscopia, así como el establecimiento de la química como ciencia, fueron elementos que influyeron notablemente en el avance de la astrofísica. En 1802 William Hyde Wollaston, químico y físico de origen inglés, descubre algunos rastros oscuros en el espectro solar.
Posteriormente el físico alemán Joseph von Fraunhofer nota por su cuenta que estos rastros del espectro óptico del sol se repiten en las estrellas y planetas como Venus. A partir de aquí dedujo que esto era una propiedad inherente a la luz. El Análisis espectral de la luz, elaborado por Fraunhofer, fue uno de los patrones a seguir por diversos astrónomos.
Otro de los nombres más resaltantes es el del astrónomo William Huggins. En 1864, a través de un espectroscopio que había armado en su observatorio, pudo descubrir utilizando este instrumento que se podía determinar la composición química y obtener algunos parámetros físicos de las nebulosas.
Por ejemplo, podía hallarse la temperatura y la densidad. La observación de Huggins fue realizada para estudiar la nebulosa NGC6543, mejor conocida como “Ojo de gato”.
Huggins se basó en los estudios de Fraunhofer para aplicar el análisis espectral de la luz del sol y emplearlo de igual forma en estrellas y nebulosas. Además de esto, Huggins y el profesor de química del King’s College de Londres, William Miller, invirtieron mucho tiempo realizar estudios de espectroscopia en elementos terrestres para poder identificarlos en los estudios de los astros.
Para el siglo XX, la calidad de los descubrimientos se vieron frenados por las limitaciones en cuanto a instrumentos. Esto motivó que se comenzará a construir equipos con mejoras que permitieron los progresos más significativos hasta la actualidad.
La teoría inflacionaria fue postulada por el físico y cosmólogo Alan H Guth en 1981. Tiene como objetivo explicar el origen y la expansión del universo. La idea de “inflación” sugiere la existencia de un período de tiempo de expansión exponencial que aconteció en el mundo durante sus primeros instantes de formación.
La propuesta inflacionaria contradice a la teoría del Big Bang, una de las más aceptadas a la hora de buscar explicaciones del origen del universo. Mientras el Big Bang espera que la expansión del universo haya reducido su velocidad luego de la explosión, la teoría inflacionaria afirma totalmente lo contrario. La “inflación” propone una expansión acelerada y exponencial del universo que permitiría grandes distanciamientos entre los objetos y una distribución homogénea de la materia.
Uno de los aportes más interesantes en la historia de las ciencias físicas son las “ecuaciones de Maxwell” dentro de su teoría electromagnética.
En 1865, James Clerk Maxwell, especializado en física matemática, publicó Una teoría dinámica del campo electromagnético en el que expuso las ecuaciones a través de las cuales revela el trabajo conjunto entre la electricidad y el magnetismo, una relación que se especulaba desde el siglo XVIII.
Las ecuaciones abarcan las distintas leyes que se asocian a la electricidad y el magnetismo como la ley de Ampère, Faraday o la ley de Lorentz.
Maxwell detectó la relación existente entre la fuerza de gravedad, la atracción magnética y la luz. Anteriormente, dentro de la astrofísica se evaluaban solo propiedades como la gravedad o la inercia. Luego del aporte de Maxwell, se introdujo el estudio de los fenómenos electromagnéticos.
El físico Gustav Kirchhoff y el químico Robert Bunsen, ambos alemanes, fueron los creadores de primer espectrómetro. En 1859 demostraron que cada sustancia en su estado puro es capaz de transmitir un espectro específico.
Los espectrómetros son instrumentos ópticos que permiten medir la luz de una parte específica de algún espectro electromagnético y posteriormente identificar materiales. La medida usual se realiza al determinar la intensidad de la luz.
Los primeros espectrómetros fueron prismas básicos con gradaciones. En la actualidad son dispositivos automáticos que pueden controlarse de forma computarizada.
Dentro de la astrofísica es importante la aplicación de la fotometría, ya que gran parte de la información proviene de la luz. Esta última se encarga de la medición de la intensidad de la luz que pueda provenir de un objeto astronómico. Utiliza como instrumento un fotómetro o puede estar integrada en un telescopio. La fotometría puede ayudar a determinar, por ejemplo, la posible magnitud de un objeto celeste.
Se trata de la fotografía de sucesos y objetos astronómicos, esto también incluye zonas del cielo en las horas nocturnas. Una de las cualidades de la astrofotografía es la de poder traducir en imágenes aquellos elementos lejanos, por ejemplo, galaxias o nebulosas.
Esta disciplina se enfoca en la recolección de datos a través de la observación de los objetos celestes. Se sirve de instrumentos astronómicos y del estudio del espectro electromagnético. Gran parte de la información que se obtiene dentro de cada subrama de la astrofísica observacional tiene que ver con la radiación electromagnética.
Tiene como objeto de estudio los objetos celestes que son capaces de emitir ondas de radio. Pone atención en los fenómenos astronómicos que usualmente son invisibles o están ocultos en otras porciones del espectro electromagnético.
Para las observaciones de este nivel se utiliza un radio telescopio, instrumento diseñado para percibir actividades de ondas de radio.
Es una rama de la astrofísica y la astronomía en la cual se estudia y detecta la radiación infrarroja proveniente de los objetos celestes del universo. Esta rama es bastante amplia ya que todos los objetos son capaces de emitir radiación infrarroja. Esto implica que esta disciplina abarca el estudio de todos los objetos existentes en el universo.
La astronomía infrarroja también es capaz de detectar objetos fríos que no pueden ser percibidos por instrumentos ópticos que trabajen con luz visible. Estrellas, nubes de partículas, nebulosas y demás, son algunos de los objetos espaciales que pueden ser percibidos.
También conocida como la astronomía de luz visible, es el método de estudio más antiguo. Los instrumentos más utilizados son el telescopio y los espectrómetros. Este tipo de instrumentos trabaja dentro del rango de la luz visible. Esta disciplina se diferencia de las anteriores ramas porque no estudia los objetos de luz invisible.
Es la que se encarga de estudiar aquellos fenómenos u objetos astronómicos que son capaces de generar rayos gamma. Estos últimos son radiaciones de altísima frecuencia, mayor a los rayos X, y tienen como fuente un objeto radiactivo.
Los rayos gamma pueden ser localizados en sistemas astrofísicos de energía muy elevada como por ejemplo: los agujeros negros, las estrellas enanas o restos de supernova, entre otros.
Es un rango de distribución energética relacionado con las ondas electromagnéticas. En relación a un objeto específico, se define como la radiación electromagnética que es capaz de emitir o absorber cualquier objeto o sustancia tanto en la Tierra como en el espacio. El espectro incluye tanto la luz visible por el ojo humano, como aquella que es invisible.
En astronomía se denomina objeto astronómico o celeste a cualquier entidad, conjunto o composición física que se encuentra de forma natural dentro de la parte observable del universo. Los objetos astronómicos pueden ser planetas, estrellas, lunas, nebulosas, sistemas planetarios, galaxias, asteroides y otros.
Se refiere a la energía que puede provenir de una fuente y viajar a través del espacio e incluso ser capaz de penetrar en otros materiales. Algunos tipos de radiación conocidos son las ondas de radio y la luz. Otro tipo de radiación familiar es la “radiación ionizante” que se genera a través de fuentes que emiten partículas cargadas o iones.
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