1 La Física de la Astronom í a Instituto de Astronomía, UNAM F. Javier Sánchez Salcedo

2 Astrof í sica: resultado de la necesidad del hombre de hacerse preguntas y buscar respuestas (la ciencia en general y tambi é n la religi ó n).

3 La Astrof í sica es la Ingenier í a de todo lo que est á m á s all á de la Luna...

4 ASTRONOM Í A CREATIVA VS ASTRONOM Í A ENCICLOP É DICA Astronom í a enciclop é dica Ejemplo 100 PREGUNTAS DE ASTRONOM Í A http://es.scribd.com/doc/13024236/100_Preguntas-de-Astronomia Qu é es una Unidad Astron ó mica? Qu é diferencia un asteroide de un cometa? Qu é es una enana blanca? Qu é es una supernova? Qu é es un cu á sar? Estamos s ó los en el Universo? Cu á l es el tama ñ o de nuestra galaxia?

5 ASTRONOM Í A CREATIVA VS ASTRONOM Í A ENCICLOP É DICA Astronom í a creativa Ejemplo: El libro de Yakov Perelman (~1940) titulado Astronom í a Recreativa http://www.librosmaravillosos.com/astronomiarecreativa Hay alguna vinculaci ó n entre la presencia de atm ó sfera en un planeta y su periodo de rotaci ó n (duraci ó n del d í a)? A qu é distancia est á el Cielo de los Dioses griegos si al Dios Vulcano se le cay ó un yunque y tard ó 9 d í as antes de llegar a la Tierra?

6 ASTRONOM Í A B ó veda celeste. F í sica del Sol. Espacio interplanetario. Sistemas protoplanetarios y planetarios. Las estrellas. Sistemas de estrellas (binarias,..). Objetos compactos. Medio interestelar. Nubes de gas. Nebulosas planetarias. Nubes moleculares y de hidr ó geno neutro. Formaci ó n estelar. Los c ú mulos de estrellas y c ú mulos globulares. Las galaxias. Los c ú mulos de galaxias. Filamentos, paredes y voids. El Universo.

7 Dos focos de una farola en verano. Los ojos de una mosca. Dos galaxias en ¨interacción¨ RAYOS X ¿Siguen las mismas leyes que en la Tierra? Ej. Fuerza grav.¿Es válida para cualquier r?

8 ASTRONOM Í A Es una ciencia multidisciplinar -Procesos radiativos (f í sica at ó mica que involucran procesos de absorci ó n y emisi ó n de un fot ó n, e Interacci ó n radiaci ó n-materia). Interpretaci ó n de espectros. -Dinamicistas: Mec á nica cl á sica -Objetos compactos: Efectos relativistas -Interiores estelares -Atm ó sferas estelares -Medio interestelar -Cosmolog í a

9 M101 X UV V V NIR MIR FIR Ra

10 FOTOMETR Í A VERSUS ESPECTROSCOP Í A LOS ESPECTROS NOS DICEN: Velocidad radial, densidad, temperatura, existencia de ondas de choques, composici ó n qu í mica, ionizaci ó n de los á tomos/mol é culas. A veces, del campo magn é tico, los granos de polvo.

11 Mirando a las estrellas Mirando a las estrellas 1814 Fraunhofer describió las líneas espectrales de Sirio, Castor, Capela, Betelgeuse... 1879 Ley de Stefan 1893 Ley de Wien 1900 Schwarzschild detectó variabilidad del brillo 1906 Fórmula de Planck 1900 Von Seeliger: Las estrellas se disponen en un disco Kapteyn: Ese disco tiene una altura de 1 kpc Kapteyn: Ese disco tiene una altura de 1 kpc 1917 Curtis determina la distancia a NGC 6946 1919 Se determina la distancia al cúmulo globular Messier 13 1922 Lindblad: modelo dinámico de la galaxia (MECANICA CLASICA) Casi todo esto viene de estudios espectrosc ó picos (fuera del curr í culo de estudiantes de Bachillerato)

12 Experimentos sin telescopio Qu é movimiento describe una estrella? Anotar por qu é punto del horizonte sale la Luna y a qu é hora. Experimentos sin telescopio Qu é movimiento describe una estrella? Anotar por qu é punto del horizonte sale la Luna y a qu é hora.

13 Problema de din á mica:

14 Opci ó n a)

15 Opci ó n b)

16 Opci ó n c) Cu á l es la opci ó n correcta: a)Sigue cayendo hacia abajo. b)Sale por las ant í podas. c)Se queda en el centro. d)Ninguna de las anteriores.

17 Ejemplo de ciencia multidisciplinar Tema a debate: Qu é pasar í a si la Tierra dejara de rotar sobre su eje? Efecto en la irradiaci ó n solar, tect ó nica de placas, campo magn é tico

18 Cu á nto tarda el Sol en salir por el horizonte? Di á metro angular del Sol: 32 ’ Cu á nto tarda en la Luna? a) Lo mismo. b) 2 minutos. c) 20 minutos. d) 1h 50 min.

19 UN “DIA” EN LA CARA OCULTA DE LA LUNA Sol sobre horizonte: 14 d í as Oscuridad: 14 d í as Amanecer: 1h 50min Nunca ver í amos a la Tierra No sabr í amos que es un eclipse.

20 Podria haber ATM Ó SFERA en la cara oculta de la Luna? Si hubiera un oc é ano en la cara oculta de la Luna, c ó mo habr í a que modificar la estructura de los barcos para que se pudiera navegar sobre é l? Hay que ver cu á nto cambia la l í nea de flotamiento de un cuerpo y se encuentra que es independiente de la intensidad de la gravedad.

21 Si nos tumbamos en la superficie de la Luna, qu é movimiento describir í a la Tierra en el Cielo a lo largo de 24 horas? Si nos tumbamos en la superficie de la Luna, qu é movimiento describir í a la Tierra en el Cielo a lo largo de 24 horas?

22 El yunque de Vulcano tard ó 9 d í as en caer desde el Olimpo … El Olimpo est á a 580,000 km de la Tierra (un poco m á s all á de la Luna).

23 Problema de trigonometr í a: Cu á l es la estrella Polar de J ú piter? Problema de trigonometr í a: Cu á l es la estrella Polar de J ú piter?

24 Problema de unidades Cu á nto tiempo habr í a que dejar al segundero de un reloj para que diera tantas vueltas como ha dado la Tierra alrededor del Sol? a) 40 minutos b) 4 meses c) 2.33 a ñ os d) 8100 a ñ os

25 Ó rbita de los planetas como ejemplo de conservaci ó n de momento angular. Cu á ndo el agua del inodoro conserva el momento angular? La conservaci ó n del momento angular parece algo Intuitivo pero se puede confundir (conforme los brazos del patinador los va recogiendo el radio es menor por lo que el periodo de rotaci ó n se reduce, pero eso no demuestra que el efecto sea el que viene de conservaci ó n de momento angular). Qu é experimento puede realizarse para convencer a un estudiante de Bachillerato?

26 C ó mo cambian las formas de las constelaciones si me voy a Plut ó n? Y, desde Pr ó xima Centauri?

27 Problema de escalas Si el Sol fuera del tama ñ o de una canica, a qu é distancia estar í a la estrella m á s pr ó xima? a) 1 metro b) 100 metros c) 1 km d) 430 km

28 z Problema de oscilador arm ó nico Se ha visto que la actividad meteor í tica en la Tierra tiene un periodo caracter í stico. Calcular periodo del movimiento vertical del Sol en la Galaxia.

29 El efecto del agujero negro central sobre el Sol Velocidad a la que se mueve el Sol alrededor del centro Gal á ctico es de 220 km/s. Velocidad a la que se mover í a el Sol si s ó lo estuviera el agujero negro (3 millones de masas solares). Distancia 8 kpc

30 En qu é direcci ó n tiene el eje de rotaci ó n?

31 Ω

32 Ω Por qu é no as í ?

33 Por qu é las cosas son as í y no de otra forma? Ejemplo: Por qu é el Universo no es un mar de estrellas? Motivaci ó n al estudio de la formaci ó n de estructuras en el Universo y como acercamiento al Big Bang.

34 MODELOS ESTOC Á STICOS CON PROPAGACI Ó N DE FORMACI Ó N ESTELAR EN GALAXIAS ESPIRALES Gerola, Seiden (1978); Descomponen un disco 2D en anillos conc é ntricos. Cada anillo y secciona en celdas. Los anillos presentan rotaci ó n diferencial. Se inicia con una poblaci ó n espont á nea de estrellas. Cada celda vecina de una celda con estrella tiene una cierta probabilidad de formar una estrella (ISF). Adem á s hay formaci ó n estelar espont á nea. Se puede a ñ adir poblaci ó n de gas … Problema de programaci ó n

35 Estudio dimensional de la inestabilidad de Jeans Cantidades que tenemos con unidades La unica combinacion con dimensiones de longitud que se puede construir es

36 Estudio dimensional de la inestabilidad en un disco infinitesimal en rotacion Cantidades que tenemos con unidades Hay dos combinaciones con dimensiones de longitud que se pueden construir es

37 Problema de N-cuerpos Problema de N-cuerpos Problema de 2 cuerpos Problema de 3 cuerpos Problema de 10-50 cuerpos Problema de 100-1000 cuerpos Problema de muchos cuerpos C ó digos disponibles! S ó lo introducir las posiciones y velocidades iniciales de las part í culas

38 Proyecto: Por qu é las galaxias no pulsan? Proyecto: Por qu é las galaxias no pulsan? Estado inicial ligado pero sin virializar (e.g. E c =0) Estado estacionario, ligado y virializado (E c =-W/2)

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41 Es la teoría relativista más sencilla que incluye la GRAVEDAD Es la teoría relativista más sencilla que incluye la GRAVEDAD Los efectos son del orden de Los efectos son del orden de –Superficie del Sol –Actualmente: Relatividad General (GR): ¿cuándo? Soldner (1801) calculó la deflexión de la luz CLASICAMENTE Relatividad general Aplicación LENTE GRAVITACIONAL (efecto lente de un cuásar 1979) R parámetro de impacto

42 ¿Y en las estrellas de neutrones? Superficie: átomos Zonas internas: neutrones Núcleo de la estrella: ¿quarks? ¿Superfluidez? ¿Superconductividad?

43 ECUACIONES CL Á SICAS EN ASTROF Í SICA Fuerza de Newton, ecuaci ó n de Poisson. Ecuaciones de Jeans. Ecuaciones hidrodin á micas (Euler, Navier-Stokes). Ecuaci ó n de Boltzmann sin colisiones. Ecuaciones de Einstein, ecuaci ó n de Friedman-Robertson- Walker. Ecuaciones de Maxwell, de la magnetohidrodin á mica, dinamo. Ecuaciones de equilibrio termodin á mico. Ecuaciones de equilibrio de ionizaci ó n. Distribuci ó n de cuerpo negro. Ecuaci ó n de transporte radiativo.