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Planck y la Astronomía

Luis F. Rodríguez

Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM y

El Colegio Nacional

Temario

• ¿Porqué Planck no hizo investigación directamente en Astronomía?

• Su entorno astronómico.

• El impacto de su obra en la Astronomía.

• La radiación cósmica de fondo.

• Conclusiones

¿Porqué Planck no hizo investigación directamente en Astronomía?

• La mayoría de los físicos de su estatura hicieron investigación directa en astronomía: Newton, Maxwell, Einstein, Fermi, por recordar a algunos de los más eminentes.

Isaac Newton (1643-1727)

Su ley de gravedad explica las órbitas de los planetas.

Diseña y construye el telescopio de tipo Newtoniano.

James Clerk Maxwell (1831 – 1879)

Explica los anillos de Saturno en términos de partículas y demuestra que no pueden ser sólidos o líquidos.

Albert Einstein (1879-1955)

Reformula la concepción de la gravedad en su Teoría General de la Relatividad.

Predicción de hoyos negros por Schwarszchild.

Universo inestable.

Enrico Fermi (1901 – 1954)

Explica mecanismo de aceleración de los rayos cósmicos en el espacio.

¿Y Planck…?

• Ciertamente no tuvo investigaciones astronómicas directas de similar relevancia a las que hemos repasado.

• Sus dos grandes maestros en Berlín hicieron investigación relacionada con astronomía: Kirchhoff estudió el espectro del Sol y Helmholtz la edad del Sol (el tiempo de Kelvin-Helmholtz).

El entorno astronómico de Planck

• Como todas las ciencias, la astronomía pasa por altibajos.

• Quizá en la época de Planck no presentaba retos tan estimulantes.

• El desarrollo de la astronomía está relacionado con la construcción de nuevos, grandes instrumentos…

Descubrimientos astronómicos alrededor de la época de Planck (I)• 1846: Galle descubre Neptuno.

• 1859: Kirchhoff explica las líneas oscuras en el espectro del Sol.

• 1862: Huggins identifica elementos químicos en el espectro de las estrellas.

• 1905: Kapteyn hace conteos de estrellas para concluir que no estamos en el centro de la Galaxia.

Descubrimientos astronómicos alrededor de la época de Planck (II)• 1911: Hertzsprung y Russell descubren la

relación entre el color y el brillo de las estrellas.

• 1915: Einstein publica su Teoría General de la Relatividad.

• 1920: Eddington propone que la energía nuclear energiza al Sol.

• 1929: Hubble descubre la expansión del Universo.

Pero el impacto de la obra de Planck en la Astronomía es inmenso

Planck en 1901, cuando explica la radiación de cuerpo negro.

Pero el impacto de la obra de Planck en la Astronomía es inmenso

Pero el impacto de la obra de Planck en la Astronomía es inmenso

Plática de Ana María Hidalgo mañana

Radiación de cuerpo negro

La radiación de muchos cuerpos astronómicos puede aproximarse por un cuerpo negro.

Las propiedades de la función de Planck importantes para el astrónomo:

Si la derivamos, nos da la ley de desplazamiento de Wien…

Si la integramos, nos da la ley de Stefan-Boltzmann…

Aproximaciones en los extremos:

Rayleigh-Jeans

Válida en la región de las ondas de radio

Aproximaciones en los extremos:

Ley de Wien

Válida en rayos X y rayos gamma

El cuerpo negro más perfecto jamás medido…

Mediciones del satélite WMAP. Errores 400 veces su valor real.

La radiación cósmica de fondo que llena el Universo.

Se produjo cuando el Universo tenía sólo 380,000 años y de estar ionizado se recombinó.

Dipolo (movimiento de la Tierra respecto al marco de la radiación cósmica de fondo).

El “plano” de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Inhomogeneidades del orden de 0.00001 del promedio.

Datos del satélite COBE

1978: Robert W. Wilson y Arno Penzias

Descubrimiento de la radiación cósmica de fondo

2006: John Mather y George Smoot Descubrimiento de la forma de cuerpo negro y de la anisotropía de la radiación cósmica de fondo (satélite COBE)

Penzias y Wilson (1965)

COBE (1992)

WMAP (2003)

WMAP

Se toman de 6 a 13 parámetros para las condiciones iniciales del Universo y se modela como se debe de

ver la radiación cósmica de fondo.

Parámetros cosmológicos derivados por WMAP

Parámetro Valor de WMAP ¿Qué significa?

total 1.02 +/- 0.02 Densidad total

Lambda 0.73 +/- 0.04 Densidad de la energía oscura

materia 0.27 +/- 0.04 Densidad total de la materia

bariónica 0.044 +/- 0.004 Densidad bariónica

Ho 71 +/- 4 km/s/Mpc Constante de Hubble

to 13.7 +/- 0.2 X 109 años Edad del Universo

Para ser justos, muchos grupos han contribuido al estudio del espectro de potencia de la radiación cósmica de fondo…

¿Cómo se polariza la radiación cósmica de fondo?

• La radiación no está intrínsecamente polarizada.• Pero si existen anisotropías cuadrupolares, se

produce una débil polarización.

Brillante

Débil o Débil

Brillante

Conclusiones

• ¡Gracias Planck!