Cómo Funciona La Vía Láctea

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La vía láctea es la galaxia en la que se encuentra el sistema solar y es una de las miles de millones de galaxias en el universo. Aprende sobre la vía láctea.

Una mirada al cielo nocturno en cualquier época del año revelará una débil banda de luz que se extiende a través del cielo, ya sea a través del medio o cerca del horizonte. Los antiguos griegos vieron esta banda o-f light y la llamaron "galaxias kuklos", por "círculo de leche". Los romanos lo llamaron la "Vía Láctea". En 1610, Galileo utilizó los primeros telescopios y determinó que la luz de la Vía Láctea proviene de miles de millones de estrellas oscuras que nos rodean.

Durante siglos, los astrónomos hicieron muchas preguntas básicas sobre la Vía Láctea. ¿Qué es? ¿De qué está hecho? ¿Cómo se forma? Estas preguntas fueron difíciles de responder por varias razones.

  1. Vivimos dentro de la Vía Láctea. Es como vivir dentro de una caja gigantesca y preguntar, ¿cómo tiene forma la caja? ¿De qué está hecho? ¿Cómo lo sabes?
  2. Los primeros astrónomos estaban limitados por la tecnología. Los primeros telescopios no eran muy grandes, no tenían mucho alcance y no podían magnificar grandes distancias ni resolverlas.
  3. Los primeros telescopios solo podían detectar la luz visible. La Vía Láctea contiene una gran cantidad de polvo que obstruyó sus puntos de vista. En algunas direcciones, mirar a la Vía Láctea es como mirar a través de una tormenta de polvo.

El siglo 20 trajo grandes avances en la tecnología de telescopio. Los grandes telescopios ópticos, de radio, infrarrojos y de rayos X (tanto los telescopios espaciales terrestres como los de órbita) permitieron a los astrónomos mirar a través de las vastas cantidades de polvo y al espacio. Con estas herramientas, podrían reconstruir el aspecto de la Vía Láctea.

Lo que descubrieron fue asombroso:

  • La Vía Láctea es en realidad una galaxia: un gran sistema de estrellas, gas (principalmente hidrógeno), polvo y materia oscura que orbita alrededor de un centro común y está unida por la gravedad.
  • Nuestra galaxia tiene forma de espiral.
  • Contrariamente a la creencia popular, nuestro sistema solar no está en el centro de la galaxia.
  • La Vía Láctea no es más que una de miles de millones de galaxias en el universo.

Venga a seguirnos en un viaje de descubrimiento mientras exploramos la Vía Láctea. Examinaremos cómo los astrónomos descubrieron su forma, tamaño y estructura. Veremos cómo se mueven las estrellas en su interior y cómo la Vía Láctea se compara con otras galaxias.

Teorías tempranas de la vía láctea

Como mencionamos, Galileo descubrió que la Vía Láctea está formada por estrellas tenues, pero ¿qué hay de su forma? ¿Cómo puedes saber la forma de algo si estás dentro? A fines de la década de 1700, el astrónomo Sir William Herschel abordó esta pregunta. Herschel razonó que si la Vía Láctea era una esfera, deberíamos ver numerosas estrellas en todas direcciones. Entonces, él y su hermana Caroline contaron las estrellas en más de 600 áreas del cielo. Encontraron que había más estrellas en las direcciones de la banda de la Vía Láctea que arriba y abajo. Herschel concluyó que la Vía Láctea era una estructura en forma de disco. Y debido a que encontró el mismo número de estrellas en todas las direcciones a lo largo del disco, llegó a la conclusión de que el sol estaba cerca del centro del disco.

Alrededor de 1920, un astrónomo holandés llamado Jacobus Kapetyn midió las distancias aparentes a las estrellas cercanas y remotas utilizando la técnica de paralaje. Debido a que la paralaje implicaba medir los movimientos de las estrellas, comparó los movimientos de las estrellas distantes con las cercanas. Concluyó que la Vía Láctea era un disco de aproximadamente 20 kiloparsecs, o 65,000 años luz, de diámetro (un kiloparsec = 3,260 años luz). Kapetyn también concluyó que el sol estaba en o cerca del centro de la Vía Láctea.

Pero los futuros astrónomos cuestionarían estas ideas, y la tecnología avanzada los ayudaría a disputar las teorías y dar con mediciones más precisas.

Midiendo las distancias a las estrellas

Si sostiene el pulgar a la distancia del brazo y luego abre y cierra alternativamente cada ojo mientras lo mira, verá que su pulgar aparentemente se mueve o se desplaza contra el fondo. Este cambio se llama cambio de paralaje. A medida que mueva el pulgar más cerca de la nariz y repita el proceso, debe notar que el cambio aumenta. Los astrónomos pueden usar esta misma técnica para medir distancias a las estrellas. A medida que la Tierra orbita alrededor del Sol, la posición de una estrella dada cambia contra el fondo de otras estrellas. Al comparar las fotografías de la estrella a intervalos de seis meses, los astrónomos pueden medir el grado del cambio y obtener el ángulo de paralaje (la mitad del cambio de paralaje = theta o Θ). Al conocer el ángulo de paralaje y el radio de la órbita de la Tierra (R), los astrónomos pueden calcular la distancia a la estrella (D) usando trigonometría: D = R x cotangente (theta) o D = RCotΘ. Las mediciones de paralaje son confiables para estrellas con distancias menores o iguales a 50 parsecs. Para distancias mayores que esto, los astrónomos deben encontrar marcadores de estrellas variables y usar las relaciones de luminosidad-distancia (vea la página siguiente).

Cúmulos globulares y nebulosas espirales

En la época en que Kapetyn publicó su modelo de la Vía Láctea, su colega Harlow Shapely notó que un tipo de cúmulo de estrellas llamado cúmulo globular Tenía una distribución única en el cielo. Aunque se encontraron pocos cúmulos globulares dentro de la banda de la Vía Láctea, había muchos de ellos por encima y por debajo. Shapely decidió mapear la distribución de los cúmulos globulares y medir sus distancias utilizando marcadores de estrella variables dentro de los cúmulos y la relación luminosidad-distancia (ver barra lateral). Lamentablemente se encontró que los cúmulos globulares se encontraron en una distribución esférica y se concentraron cerca de la constelación de Sagitario.Shapely llegó a la conclusión de que el centro de la galaxia estaba cerca de Sagitario, no del sol, y que la Vía Láctea tenía aproximadamente 100 kiloparsecs de diámetro.

Shapely estuvo involucrado en un gran debate sobre la naturaleza de nebulosas espirales (Parches de luz tenues visibles en el cielo nocturno). Creía que eran "universos isleños" o galaxias fuera de la Vía Láctea. Otro astrónomo, Heber Curtis, creía que las nebulosas espirales eran parte de la Vía Láctea. Las observaciones de Edwin Hubble sobre las variables Cefeidas finalmente resolvieron el debate: las nebulosas estaban efectivamente fuera de la Vía Láctea.

Pero aún quedaban preguntas. ¿Qué forma tenía la Vía Láctea y qué existía exactamente dentro de ella?

Relación Luminosidad-Distancia

Tanto los astrónomos profesionales como los aficionados pueden medir el brillo de una estrella poniendo una fotómetro o dispositivo acoplado de carga en el extremo de un telescopio. Si conocen el brillo de la estrella y la distancia a la estrella, pueden calcular la cantidad de energía que emite la estrella o su luminosidad (-luminosidad = brillo x 12.57 x (distancia)2). A la inversa, si conoce la luminosidad de una estrella, puede calcular su distancia a la Tierra. Ciertas estrellas, como las variables RR Lyrae y Cepheid, pueden servir como estándares de luz. Estas estrellas cambian su brillo regularmente y la luminosidad está directamente relacionada con el período de su ciclo de brillo.

-Para determinar las luminosidades de los cúmulos globulares, Shapely midió los períodos de brillo de las estrellas RR Lyrae en los cúmulos. Una vez que conociera las luminosidades, pudo calcular sus distancias a la Tierra. Vea Cómo funcionan las galaxias para ver cómo el astrónomo Edwin Hubble usó una técnica similar con estrellas cefeidas para determinar que las nebulosas espirales estaban más lejos que los límites de la Vía Láctea.

¿Qué forma tiene la Vía Láctea?

Cómo funciona la vía láctea: estrellas

Edwin Hubble estudió las galaxias y las clasificó en varios tipos de elíptico y galaxias espirales. Las galaxias espirales se caracterizaron por formas de disco con brazos espirales. Era lógico pensar que debido a que la Vía Láctea tenía forma de disco y que las galaxias espirales tenían forma de disco, la Vía Láctea probablemente era una galaxia espiral.

En la década de 1930, el astrónomo R. J. Trumpler se dio cuenta de que las estimaciones del tamaño de la galaxia de la Vía Láctea por parte de Kapetyn y otros estaban descartadas porque las mediciones se habían basado en observaciones en las longitudes de onda visibles. Trumpler llegó a la conclusión de que las vastas cantidades de polvo en el plano de la Vía Láctea absorbían la luz en las longitudes de onda visibles y causaban que las estrellas y los cúmulos lejanos parecieran más tenues de lo que realmente eran. Por lo tanto, para mapear con precisión estrellas y cúmulos de estrellas dentro del disco de la Vía Láctea, los astrónomos necesitarían una forma de mirar a través del polvo.

En la década de 1950, la primera. radio telescopios fueron inventadas. Los astrónomos descubrieron que los átomos de hidrógeno emitían radiación en las longitudes de onda de radio y que estas ondas de radio podían penetrar el polvo en la Vía Láctea. Entonces, se hizo posible mapear los brazos espirales de la Vía Láctea. La clave fueron las estrellas marcadoras como las que se usan en las mediciones de distancia. Los astrónomos encontraron que las estrellas de clase O y B funcionarían. Estas estrellas tenían varias características:

  • Brillo: Son altamente visibles y se encuentran a menudo en pequeños grupos o asociaciones.
  • Calor: Emiten múltiples longitudes de onda (visible, infrarroja, radio).
  • Corta vida: Viven unos 100 millones de años, por lo que, teniendo en cuenta la velocidad a la que las estrellas orbitan el centro de la galaxia, no se mueven muy lejos de donde nacieron.

Los astrónomos podrían usar radiotelescopios para mapear con precisión las posiciones de estas estrellas O y B y usar los cambios Doppler del espectro de radio para determinar sus velocidades de movimiento. Cuando hicieron esto con muchas estrellas, pudieron producir mapas combinados de radio y ópticos de los brazos espirales de la Vía Láctea. Cada brazo lleva el nombre de las constelaciones que existen dentro de él.

Los astrónomos piensan que el movimiento del material alrededor del centro galáctico se establece ondas de densidad (áreas de alta y baja densidad), muy parecidas a las que se ven cuando revuelves la masa para pasteles con una batidora eléctrica. Se piensa que estas ondas de densidad causan la naturaleza espiral de la galaxia.

Entonces, al examinar el cielo en múltiples longitudes de onda (radio, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X) con varios telescopios terrestres y espaciales, podemos obtener diferentes vistas de la Vía Láctea.

En la página siguiente veremos exactamente qué hay dentro de la Vía Láctea.

El efecto Doppler

Al igual que el sonido agudo de una sirena de camión de bomberos disminuye a medida que el camión se aleja, el movimiento de las estrellas afecta las longitudes de onda de la luz que recibimos de ellas. Este fenómeno se llama efecto Doppler. Podemos medir el efecto Doppler midiendo líneas en el espectro de una estrella y comparándolas con el espectro de una lámpara estándar. La cantidad del cambio Doppler nos dice qué tan rápido se está moviendo la estrella con respecto a nosotros. Además, la dirección del cambio Doppler puede indicarnos la dirección del movimiento de la estrella. Si el espectro de una estrella se desplaza al extremo azul, la estrella se está moviendo hacia nosotros; Si el espectro se desplaza al extremo rojo, la estrella se está alejando de nosotros.

Estructura de la vía láctea

Cómo funciona la vía láctea: estrellas

Según el sistema de clasificación de Edwin Hubble, la Vía Láctea es una galaxia espiral, aunque la evidencia cartográfica más reciente indica que puede ser una galaxia espiral barrada. La Vía Láctea tiene más de 200 mil millones de estrellas (esto se estimó a partir de su masa, consulte la página siguiente). Tiene aproximadamente 100,000 años luz de diámetro, y el sol está ubicado a unos 28,000 años luz del centro.Si observamos la estructura de la Vía Láctea como se vería desde afuera, podemos ver las siguientes partes:

  1. Disco galáctico Aquí es donde se encuentran la mayoría de las estrellas de la Vía Láctea. El disco está formado por estrellas viejas y jóvenes, así como por grandes cantidades de gas y polvo. Las estrellas dentro del disco orbitan el centro galáctico en órbitas aproximadamente circulares. (Las interacciones gravitacionales entre las estrellas hacen que los movimientos circulares tengan algún movimiento hacia arriba y hacia abajo, como los caballos en un carrusel). El disco en sí se divide en estas partes: Núcleo: El centro del disco Bulto: Esta es el área alrededor del núcleo, incluidas las áreas inmediatas por encima y por debajo del plano del disco. Brazos espirales Estas áreas se extienden hacia afuera desde el centro. Nuestro sistema solar está ubicado en uno de los brazos espirales de la Vía Láctea.
  2. Racimos globulares: Unos pocos cientos de estos se encuentran dispersos por encima y por debajo del plano del disco. Los cúmulos globulares orbitan el centro galáctico en órbitas elípticas en las que las direcciones se dispersan aleatoriamente. Las estrellas en los cúmulos globulares son estrellas mucho más antiguas que las del disco galáctico, y hay poco o nada de gas y polvo.
  3. Aureola: Esta es una región grande y oscura que rodea toda la galaxia. El halo está hecho de gas caliente y posiblemente de materia oscura.

Todos estos componentes orbitan el núcleo y se mantienen unidos por la gravedad. Debido a que la gravedad depende de la masa, podría pensar que la mayor parte de la masa de una galaxia estaría en el disco galáctico o cerca del centro del disco. Sin embargo, al estudiar las curvas de rotación de la Vía Láctea y otras galaxias, los astrónomos han llegado a la conclusión de que la mayor parte de la masa se encuentra en las porciones externas de la galaxia (como el halo), donde hay poca luz emitida por las estrellas o los gases.

La gravedad de la Vía Láctea actúa sobre dos galaxias satélite más pequeñas llamadas Nubes de Magallanes Grandes y Pequeñas (el nombre de Fernando de Magallanes, el explorador portugués). Orbitan por debajo del plano de la Vía Láctea y son visibles en el hemisferio sur. La Gran Nube de Magallanes tiene alrededor de 70,000 años luz de diámetro y 160,000 años luz de la Vía Láctea. Los astrónomos piensan que la Vía Láctea en realidad está extrayendo gas y polvo de estas galaxias satélites mientras orbitan.

Entonces, ¿cuántas estrellas contiene realmente la Vía Láctea? Te mostraremos la fórmula en la página siguiente.

¿Cuántas estrellas hay en la Vía Láctea?

Es complicado, pero puedes usar la versión de Newton de la Tercera Ley de Kepler para descubrir cuántas estrellas hay en la Vía Láctea.

Es complicado, pero puedes usar la versión de Newton de la Tercera Ley de Kepler para descubrir cuántas estrellas hay en la Vía Láctea.

Anteriormente mencionamos que los astrónomos han estimado el número de estrellas en la Vía Láctea a partir de las mediciones de la masa de la galaxia. Pero, ¿cómo se mide la masa de una galaxia? Obviamente no puedes ponerlo en una escala. En su lugar, utiliza su movimiento orbital. De la versión de Newton de La tercera ley de Kepler del movimiento planetario, La velocidad orbital de un objeto en órbita circular, y un poco de álgebra, puede derivar una ecuación para calcular la cantidad de masa (Mr) que se encuentra dentro de cualquier órbita circular con un radio (r).

  1. Velocidad orbital de un objeto circular (v) v = 2Πa / p
  2. -Porque es una órbita circular, a se convierte en radio (r) y M se convierte en la masa dentro de ese radio (Mr). METROr rv2/SOL

Para la Vía Láctea, el sol se encuentra a una distancia de 2.6 x 1020 metros (28,000 años luz) y tiene una velocidad orbital de 2.2 x 105 metros / segundo (220 km / s), obtenemos que 2 x 1049 kg se encuentra dentro de la órbita del sol. Dado que la masa del sol es 2 x 1030, entonces debe haber 1011, o alrededor de 100 mil millones, masas solares (estrellas parecidas al sol) dentro de su órbita. Cuando agregamos la parte de la Vía Láctea que se encuentra fuera de la órbita del Sol, obtenemos aproximadamente 200 mil millones de estrellas.

Para obtener más información sobre la Vía Láctea, consulte los enlaces de la página siguiente.

Artículos de WordsSideKick.com

  • Cómo funcionan las galaxias
  • Como funcionan las estrellas
  • Cómo funciona el sol
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  • Cómo funcionan los agujeros negros
  • Cómo funciona la luz
  • Cómo funciona el telescopio espacial Hubble
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  • Cómo funciona SETI


Suplemento De Vídeo: DOCUMENTAL: La Vía Láctea El Sistema Solar y la evolución de las especies.




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