26.E: Galaxias (Ejercicios)

Para una mayor exploración

Artículos

Andrews, B. “¿Qué intentan decirnos las galaxias?” Astronomía (febrero 2011): 24. Introducción a nuestra comprensión de las formas y evolución de diferentes tipos de galaxias.

Bothun, G. “Más allá de la secuencia del Hubble”. Sky & Telescope (Mayo 2000): 36. Historia y actualización del esquema de clasificación del Hubble.

Christianson, G. “Dominando el Universo”. Astronomía (febrero de 1999): 60. Breve introducción a la vida y obra del Hubble.

Dalcanton, J. “Las galaxias pasadas por alto”. Sky & Telescope (abril de 1998): 28. En galaxias de bajo brillo, que han sido fáciles de perder.

Freedman, W. “La tasa de expansión y el tamaño del universo”. Scientific American (noviembre de 1992): 76.

Hodge, P. “La Escala Extragaláctica de Distancia: ¿Acuerdo al Fin?” Sky & Telescope (Octubre 1993): 16.

Jones, B. “El legado de Edwin Hubble”. Astronomía (diciembre de 1989): 38.

Kaufmann, G. y van den Bosch, F. “El ciclo de vida de las galaxias”. Scientific American (junio de 2002): 46. Sobre la evolución de las galaxias y cómo conduce a los diferentes tipos de galaxias.

Martin, P. y Friedli, D. “En los Corazones de Galaxias Barradas”. Sky & Telescope (marzo de 1999): 32. En espirales barrada.

Osterbrock, D. “Edwin Hubble y el Universo en Expansión”. Scientific American (Julio 1993): 84.

Russell, D. “Universos isleños de Wright a Hubble”. Sky & Telescope (enero de 1999) 56. Una historia de nuestro descubrimiento de galaxias.

Smith, R. “El Gran Debate Revisitado”. Sky & Telescope (enero de 1983): 28. Sobre el debate Shapley-Curtis sobre la extensión de la Vía Láctea y la existencia de otras galaxias.

Sitios web

ABC's de Distancia: http://www.astro.ucla.edu/~wright/distance.htm. Un resumen conciso del astrónomo Ned Wright de todos los diferentes métodos que utilizamos para obtener distancias en astronomía.

Tiempos cósmicos 1929: http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/onl...mic/index.html. Proyecto de la NASA explicando el trabajo del Hubble y los descubrimientos circundantes como si estuvieras leyendo artículos periodísticos.

Edwin Hubble: El hombre detrás del nombre: https://www.spacetelescope.org/about...hind_the_name/. Biografía concisa de la gente del Telescopio Espacial Hubble.

Edwin Hubble: http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee...ge_hubble.html. Un artículo sobre la vida y obra del Hubble de su alumno y sucesor, Allan Sandage. Un poco técnico en algunos lugares, pero dando una imagen real del hombre y la ciencia.

Ciencia NASA: Introducción a las Galaxias: http://science.nasa.gov/astrophysics... -son-galaxias/. Un breve resumen con enlaces a otras páginas y descubrimientos recientes del Telescopio Espacial Hubble.

Observatorios Nacionales de Astronomía Óptica Galería de Galaxias: www.noao.edu/image_gallery/galaxias.html. Una colección de imágenes e información sobre galaxias y grupos de galaxias de diferentes tipos. Otro archivo impresionante se puede encontrar en el sitio del Observatorio Europeo Austral: https://www.eso.org/public/images/ar...gory/galaxies/.

Encuesta Digital del Cielo de Sloan: Introducción a las Galaxias: http://skyserver.sdss.org/dr1/en/ast...s/galaxies.asp. Otro breve panorama.

Expansión del Universo: http://hubblesite.org/newscenter/arc...leases/1999/19. El material de fondo aquí proporciona una bonita cronología de cómo descubrimos y medimos la expansión del universo.

Videos

Edwin Hubble (Hubblecast Episodio 89): http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast89a/. (5:59).

Galaxias: Una Introducción: https://www.youtube.com/watch?v=HYYgangrkZg. Una recopilación de varios videos cortos europeos que primero describen galaxias en general y luego se enfocan en galaxias en imágenes del telescopio Hubble (12:48).

Vistas del Hubble sobre el Universo Profundo: https://www.youtube.com/watch?v=argR2U15w-M. Una charla pública de 2015 de Brandon Lawton del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial sobre galaxias y más allá (1:26:20).

Actividades de Grupo Colaborativo

1. A lo largo de gran parte del siglo pasado, el telescopio de 100 pulgadas en el monte. Wilson (terminado en 1917) y el telescopio de 200 pulgadas en la montaña Palomar (terminado en 1948) fueron los únicos lo suficientemente grandes como para obtener espectros de galaxias débiles. Sólo a un puñado de astrónomos (todos hombres, ya que, hasta la década de 1960, a las mujeres no se les daba tiempo en estos dos telescopios) se les permitía utilizar estas instalaciones, y en general los observadores no competían entre sí sino que trabajaban en diferentes problemas. Ahora hay muchos otros telescopios, y varios grupos diferentes suelen trabajar en el mismo problema. Por ejemplo, dos grupos diferentes han desarrollado independientemente las técnicas de uso de supernovas para determinar las distancias a las galaxias con altos desplazamientos al rojo. ¿Qué enfoque crees que es mejor para el campo de la astronomía? ¿Cuál es más rentable? ¿Por qué?
2. Un pariente lejano, a quien invitas a cenar para que puedas compartir todas las cosas emocionantes que has aprendido en tu clase de astronomía, dice que no cree que otras galaxias estén compuestas por estrellas. Vuelves a tu grupo y les pides que te ayuden a responder. ¿Qué tipo de medidas harías para demostrar que otras galaxias están compuestas por estrellas?
3. Mira la miniatura del capítulo con tu grupo. ¿Qué te dice la diferencia de color entre los brazos espirales y el bulto de Andrómeda sobre la diferencia en los tipos de estrellas que pueblan estas dos regiones de la galaxia? ¿Qué lado de la galaxia está más cerca de nosotros? ¿Por qué?
4. ¿Cuál es su reacción ante la lectura sobre el descubrimiento del universo en expansión? Discuta cómo se sienten los miembros del grupo acerca de un universo “en movimiento”. Einstein no se sentía cómodo con la noción de un universo que tenía algún movimiento general hacia él, en lugar de estar en reposo. Puso una especie de “factor dulce de leche” en sus ecuaciones de relatividad general para el universo en su conjunto para evitar que se mueva (aunque más tarde, al escuchar sobre el trabajo de Hubble y Humason, lo llamó “el mayor error” que jamás cometió). ¿Compartes el sentido original de Einstein de que este no es el tipo de universo con el que te sientes cómodo? ¿Qué crees que podría haber causado que el espacio se estuviera expandiendo?
5. En la ciencia ficción, los personajes a veces hablan de visitar otras galaxias. Discuta con su grupo lo realista que es esta idea. Aunque tuviéramos naves espaciales rápidas (viajando cerca de la velocidad de la luz, el límite de velocidad del universo), ¿qué probabilidades hay de que podamos llegar a otra galaxia? ¿Por qué?
6. A pesar de la fascinación de su hijo por la astronomía en la universidad, el padre de Edwin Hubble no quería que se dedicara a la astronomía como profesión. Realmente quería que su hijo fuera abogado y lo empujó duro para aprender la ley cuando ganó una beca para estudiar en el extranjero. El Hubble finalmente desafió a su padre y se adentró en astronomía, convirtiéndose, como aprendiste en este capítulo, en uno de los astrónomos más importantes de todos los tiempos. Su papá no vivió para ver los notables logros de su hijo. ¿Crees que se habría reconciliado con la elección de carrera de su hijo si lo hubiera hecho? ¿Tú o alguien de tu grupo o entre tus amigos tiene que enfrentar una elección entre la pasión en tu corazón y lo que otros quieren que hagas? Discuta cómo la gente en la universidad hoy en día está lidiando con tales elecciones.

Preguntas de revisión

1. Describir las principales características distintivas de galaxias espirales, elípticas e irregulares.
2. ¿Por qué tardó tanto en establecerse la existencia de otras galaxias?
3. Explique cuál es la relación masa/luz y por qué es menor en galaxias espirales con regiones de formación estelar que en galaxias elípticas.
4. Si ahora nos damos cuenta de que las elípticas enanas son el tipo de galaxia más común, ¿por qué escaparon tanto tiempo de nuestro aviso?
5. ¿Cuáles son las dos mejores formas de medir la distancia a una galaxia espiral cercana y cómo se mediría?
6. ¿Cuáles son las dos mejores formas de medir la distancia a una galaxia espiral distante y aislada, y cómo se mediría?
7. ¿Por qué la ley del Hubble es considerada uno de los descubrimientos más importantes en la historia de la astronomía?
8. ¿Qué significa decir que el universo se está expandiendo? ¿Qué se está expandiendo? Por ejemplo, ¿se está expandiendo tu aula de astronomía? ¿Es el sistema solar? ¿Por qué o por qué no?
9. ¿Era correcta la estimación original de Hubble de la distancia a la galaxia de Andrómeda? Explique.
10. ¿Una galaxia elíptica gira como una galaxia espiral? Explique.
11. ¿Por qué el disco de una galaxia espiral aparece oscuro cuando se ve de borde?
12. ¿Qué causa la mayor relación masa/luz: gas y polvo, materia oscura o estrellas que se han quemado?
13. ¿Cuál es el método de bulbo estándar más útil para determinar distancias a galaxias?
14. Al comparar dos galaxias espirales aisladas que tienen el mismo brillo aparente, pero giran a diferentes velocidades, ¿qué se puede decir de su relativa luminosidad?
15. Si todas las galaxias distantes se están expandiendo lejos de nosotros, ¿significa esto que estamos en el centro del universo?
16. ¿La constante del Hubble es realmente constante?

Preguntas de Pensamiento

1. ¿De dónde podrían provenir el gas y el polvo (si los hay) en una galaxia elíptica?
2. ¿Por qué no podemos determinar las distancias a las galaxias por el mismo método utilizado para medir los paralaje de las estrellas?
3. ¿Cuál es el rojo, una galaxia espiral o una galaxia elíptica?
4. Supongamos que las estrellas de una galaxia elíptica se formaron todas dentro de unos pocos millones de años poco después de que comenzara el universo. Supongamos que estas estrellas tienen un rango de masas, así como lo hacen las estrellas de nuestra propia galaxia. ¿Cómo cambiaría el color de la elíptica en los próximos miles de millones de años? ¿Cómo cambiaría su luminosidad? ¿Por qué?
5. A partir de la determinación del tamaño de la Tierra, esbozar una secuencia de pasos necesarios para obtener la distancia a un cúmulo remoto de galaxias. (Pista: Revisa el capítulo sobre Distancias Celestiales.)
6. Supongamos que la Vía Láctea estuviera verdaderamente aislada y que no existiera ninguna otra galaxia dentro de los 100 millones de años luz. Supongamos que las galaxias se observaron en mayor número a distancias mayores a 100 millones de años luz. ¿Por qué sería más difícil determinar distancias precisas a esas galaxias que si también hubiera galaxias relativamente cercanas?
7. Supongamos que ustedes eran Hubble y Humason, trabajando en las distancias y los desplazamientos Doppler de las galaxias. ¿Qué tipo de cosas tendrías que hacer para convencerte a ti mismo (y a los demás) de que la relación que estabas viendo entre las dos cantidades era una característica real del comportamiento del universo? (Por ejemplo, ¿los datos de dos galaxias serían suficientes para demostrar la ley del Hubble? ¿Serían suficientes los datos de las galaxias más cercanas, en lo que los astrónomos llaman “el Grupo Local”?)
8. ¿Qué significa si una galaxia elíptica tiene líneas de espectro más amplias que otra galaxia elíptica?
9. Con base en su análisis de galaxias\(26.3.1\) en la Tabla de la Sección 26.3, ¿existe una correlación entre la población de estrellas y la cantidad de gas o polvo? Explique por qué podría ser esto.
10. ¿Puede una mayor relación masa/luz significar que hay gas y polvo presentes en el sistema que se está analizando?

Calcular por ti mismo

1. Según la ley del Hubble, ¿cuál es la velocidad recesional de una galaxia que está a\(10^8\) años luz de nosotros? (Supongamos una constante de Hubble de 22 km/s por millón de años luz.)
2. Se observa que un cúmulo de galaxias tiene una velocidad recesional de 60,000 km/s y encuentra la distancia al cúmulo. (Supongamos una constante de Hubble de 22 km/s por millón de años luz.)
3. Supongamos que podríamos medir la distancia a una galaxia usando una de las técnicas de distancia enumeradas en la Tabla\(26.4.1\) en la Sección 26.4 y resulta ser de 200 millones de años luz. El corrimiento al rojo de la galaxia nos dice que su velocidad recesional es de 5000 km/s ¿Cuál es la constante del Hubble?
4. Calcular la relación masa-luz para un cúmulo globular con una luminosidad de 106\(L_{\text{Sun}}\) y\(10^5\) estrellas. (Supongamos que la masa promedio de una estrella en dicho cúmulo es 1\(M_{\text{Sun}}\).)
5. Calcular la relación masa/luz para una estrella luminosa de 100\(M_{\text{Sun}}\) que tiene la luminosidad de\(10^6\)\(L_{\text{Sun}}\).