Astrofísica

La astrofísica comparada con la astronomía histórica

El estudio de los objetos celestes es una de las primeras disciplinas científicas desarrolladas en la historia. Una parte importante de este trabajo se realizó con gran rigor científico y desarrollando técnicas que aún se utilizan y/o estudian hoy en día. Sin embargo, algunos de los enfoques para estudiar los objetos del universo no eran científicos o no estaban relacionados con la física. Algunos ejemplos de disciplinas históricas de la astronomía son:

• Astrología: la predicción del comportamiento humano y de diversos patrones en correlación con objetos astrofísicos.
• Teología astronómica: la búsqueda de la divinidad, o de pruebas de ella, en el universo.
• Musicología astronómica: la búsqueda de estructuras musicales en el espacio exterior.

Por otra parte, algunos ejemplos de avances históricos en astrofísica son:

• La comprensión de la estructura del sistema solar.
• Los catálogos de posiciones y distancias previstas de estrellas y galaxias.
• La comprensión de por qué la luz procedente de las estrellas no es infinita.

La astrofísica comparada con la astronomía contemporánea

Hoy en día, las antiguas disciplinas astronómicas han perdido importancia debido a su falta de rigor científico. Además, las mediciones observacionales de las órbitas y los movimientos han mejorado notablemente, y la atención se ha desplazado hacia las mediciones de la radiación. Además, ahora se abren nuevas vías para que los astrónomos estudien fenómenos que van más allá de los físicos. Algunos ejemplos son:

• Biología astronómica: estudio de las condiciones de vida en los exoplanetas y otros objetos celestes.
• Geología astronómica: estudio de los procesos y estructuras geológicas que tienen lugar en distintos objetos del universo.
• Química astronómica: estudio de las reacciones y compuestos químicos que tienen lugar en cualquier parte del universo.

Evidentemente, no son totalmente independientes entre sí ni de la física astronómica (astrofísica). Merece la pena mencionarlas para comprender que la astrofísica estudia la formación y evolución de los cuerpos y estructuras celestes a grandes escalas junto con la evolución del propio cosmos.

¿Cuáles son las principales herramientas experimentales de la astrofísica?

A continuación vamos a repasar las características de los objetos básicos utilizados en astrofísica, es decir, los telescopios. Sin embargo, ampliaremos este concepto más allá de lo que estamos acostumbrados.

Los telescopios clásicos y el espectro visible en astrofísica

Cuando pensamos en la astrofísica y en los astrónomos, solemos pensar en alguien que mira al cielo a través de un telescopio. Ésta fue la principal herramienta de observación hasta el siglo XX, aparte de nuestros ojos. Sin embargo, los telescopios tradicionales tienen ciertas limitaciones: están sujetos a las mediciones humanas y al espectro visible, es decir, a la gama de luz que pueden detectar nuestros ojos.

Aunque todavía hay telescopios que funcionan en estas frecuencias, en la actualidad ninguna de las tareas de observación las realiza el ser humano mirando a través de una lente. El ejemplo más destacado de telescopio es el telescopio Hubble (llamado así en honor de Edwin Hubble), que orbita alrededor de la Tierra realizando mediciones en la región ultravioleta, la región visible y la región del infrarrojo cercano.

El concepto actual del telescopio

La luz se presenta en diversas frecuencias, la mayoría de las cuales no podemos ver. Sin embargo, para reunir información sobre el universo, necesitamos medir todas las señales que podamos. Por ello, se han desarrollado telescopios capaces de medir otras frecuencias de luz para obtener más datos. Esto nos permite analizar esas frecuencias, desarrollar teorías y predecir fenómenos de nuestro universo. En esencia, estos telescopios son detectores de radiación.

Sus características, como el tamaño, el sistema de orientación, la presencia de lentes o su ubicación en la Tierra o en el espacio exterior, varían significativamente, ya que cada uno sirve para un fin distinto, lo que determina sus características básicas.

Por regla general, la observación desde el espacio exterior es más precisa, ya que la atmósfera terrestre interfiere con las señales y las atenúa. Dicho esto, algunos telescopios, como los que detectan longitudes de onda largas, son demasiado grandes para ser lanzados al espacio, principalmente por los elevados costes que conllevan.

Figura 1. Radiotelescopio Radiotelescopio

¿Por qué son importantes las estrellas para la astrofísica?

En el universo primitivo, las nubes de gas formadas por hidrógeno (el elemento más abundante del universo) y algunos otros elementos eran sus componentes primarios. Sin embargo, la gravedad, la única fuerza relevante que actúa a escala interplanetaria, empezó a juntarlo todo.

Cuando se junta suficiente masa, se inicia un proceso de fusión y empiezan a formarse estrellas. Las estrellas son los objetos astrofísicos más comunes y, mediante sus procesos de fusión, actúan como industrias que crean el resto de los elementos que se encuentran en el universo, aparte del hidrógeno y el helio.

Cabe mencionar que las nubes de gas y otros elementos comúnmente denominadas "polvo espacial" siguen llenando la mayor parte del universo y siguen siendo atraídas para formar nuevas estrellas.

Las estrellas son, esencialmente, el resultado de un choque entre la fuerza gravitatoria que tira de todo hacia dentro y las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en su interior, que empujan hacia fuera. Cuando el combustible nuclear se agota, pueden convertirse en supernovas, agujeros negros, enanas blancas, etc.

Sin embargo, las estrellas tienen una vida muy larga, y su estudio proporciona mucha información sobre la composición de las galaxias y las estructuras mayores del universo. Se han desarrollado muchas clasificaciones complejas de estrellas para comprender mejor los constituyentes básicos de nuestro universo a gran escala.

Cosmología

Resumiendo lo que hemos revisado hasta ahora, la astrofísica es una rama altamente experimental de la física que procede mediante la observación de datos. La recopilación de datos para construir mejores modelos del universo y sus componentes es un proceso continuo que genera constantes avances en aspectos técnicos, como los telescopios (óptica) y el procesamiento de señales.

La cosmología es el estudio de la historia del universo, empezando por los primeros segundos, pero también intenta predecir su futuro. Por supuesto, se nutre de las pruebas recogidas por los astrofísicos, pero implica muchos modelos teóricos, como la relatividad general (sobre la expansión del universo o los agujeros negros) o la física cuántica (sobre los primeros segundos del universo o, de nuevo, los agujeros negros).

Con aportaciones experimentales de otras disciplinas, como la química, la física y las matemáticas, el objetivo principal de la cosmología es encajar la imagen actual dada por la astrofísica como una descripción observacional dentro de la imagen más amplia de cómo fue, es y será todo.