Al hablar de imágenes de objetos muy lejanos, como las obtenidas por el JWST, hay un término que se repite mucho: corrimiento al rojo o redshift. ¿Qué significa esto? ¿Por qué se produce? Vamos a intentar explicarlo.
Todos conocemos el ruido de la sirena de una ambulancia. Cuando se acerca se escucha más aguda y cuando se aleja más grave. Esto es consecuencia del efecto Doppler y se produce porque la longitud de la onda se percibe de forma diferente en ambos casos.
El caso del corrimiento al rojo es similar aunque su causa difiere, pues el cambio en la longitud de onda de los fotones no se produce por el movimiento de la galaxia observada sino por la expansión del universo.
Lo que sucede es que la luz parte de la galaxia que estamos observando y, mientras se desplaza hacia nosotros, la distancia que debe recorrer está aumentado. El universo se está expandiendo y con él aumenta la longitud de onda de la luz.
Una mayor longitud de onda implica menor frecuencia y viceversa. Las longitudes de onda más grandes tienden al rojo, mientras las más pequeñas tienden al azul. En cuanto más lejos está la galaxia que queremos observar mayor es este corrimiento al rojo.
La forma de medir esto es aprovechar los espectros de absorción de los elementos que podemos medir de estas galaxias (o de cualquier cosa que queramos medir), pero ¿eso cómo se hace?
Grosso modo, se basa en el hecho de que los niveles energéticos alrededor del núcleo atómico están muy definidos y van siendo ocupados por los electrones, desde el más bajo al más alto. Pudiendo haber 2 en cada nivel. Uno con spin arriba y otro con spin abajo.
La única forma de que un electrón “promocione" a un nivel superior es que se le dé la energía exacta que necesita. Por tanto, cuando la luz, en cualquiera de sus posibles frecuencias, atraviesa al átomo absorbe la que tenga la frecuencia con dicha energía.
Esto genera el espectro de absorción que nos sirve para identificar de qué elemento se trata puesto que este será característico de este elemento. Más aún, nos sirve para medir el corrimiento al rojo, puesto que será directamente proporcional al desplazamiento de este espectro.
En cuanto más lejos está la galaxia que queremos observar más importante será este desplazamiento hacia al rojo. De ahí que con el despliegue del JWST se haya hablado de este fenómeno, puesto que se espera poder estudiar galaxias muy lejanas con él.
Créditos primera imagen: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI).
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Todos los electrones son iguales (indistinguibles), pues el origen de todos es el mismo: la perturbación de un campo cuántico. Y con las demás partículas ocurre lo mismo, pero ¿Cómo se llega a una conclusión así? Hablemos de teoría cuántica de campos y osciladores armónicos.
La ecuación que describe la evolución temporal de una partícula es la de Schrödinger. La pega que tiene es que es problemática al tratar con partículas que se muevan a velocidades relativistas, situación bastante habitual. Con esto empieza nuestro periplo particular.
En 1926, Oskar Klein y Walter Gordon trataban de encontrar una ecuación capaz de describir a estas partículas inquietas moviéndose a velocidades cercanas a las de la luz. Esta fue la ecuación de Klein-Gordon.
Sabemos que si conduces a 50km/h y te cruzas por el carril contrario a alguien que también va a 50km/h, su velocidad relativa a ti son 100km/h. Pero ¿qué pasa cuando esa suma parece mayor que la velocidad de la luz? Hablemos de la composición de velocidades relativistas.
Nada en el Universo, que sepamos, puede superar la velocidad de los fotones en el vacío. Pero eso no nos dice nada acerca de las velocidades relativas. ¿Qué pasa si algo va al 60% de la velocidad de la luz y se cruza con otra cosa que va también al 60%?
Os adelantamos ya de que no hemos roto la relatividad especial. Podríamos pensar que la suma nos daría un 120% de c o eso nos diría la intuición, pero realmente jamás parecerá que ninguna de ambas viaja a esa velocidad. Porque a la velocidad de la luz se la respeta.
El Sol tiene una masa de 1,989*10^30 kg. No hemos ido a pesarlo, pero si quieres averiguar cómo lo sabemos y qué relación tiene con Kepler, lee este hilo porque lo vamos a demostrar sin más datos que la duración del periodo de la Tierra (un año) y su distancia a la estrella.
Vamos a suponer que la órbita de la Tierra alrededor del Sol es circular. No es cierto, pero si lo suficientemente cercano a la realidad como para permitirnos conseguir una buena aproximación.
Para que la Tierra no caiga hacia el Sol su fuerza centrífuga debe ser igual a la fuerza gravitatoria que le impone el Sol. Por tanto, debemos igualar ambas variables.
(1/3) Se estima que gran parte de los sistemas estelares son binarios. Las órbitas de los planetas de estos sistemas tienen 3 posibles recorridos: orbitar respecto de las dos estrellas, hacerlo alrededor de una de ellas u orbitar a uno de los puntos de Lagrange de ambos astros.
(2/3) El primer caso es el de las llamamos órbitas tipo P (tipo planeta), en ellas el planeta orbita a ambas estrellas. A las órbitas del segundo caso se las denomina tipo S (tipo satélite), pues el planeta orbita a solo una de las estrellas como si fuese un satélite.
(3/3) El tercer caso es el más raro, en él el planeta orbita a un punto estable de Lagrange respecto de ambos astros. Este es muy restrictivo, requiere de unos rangos de masa muy concretos para los astros y, aunque en teoría puedan darse, no parecen frecuentes.