From Wikipedia, the free encyclopedia
Astrofisika objektu astronomikoen eta fenomeno astronomikoen ikerketan fisikaren eta kimikaren metodoak eta printzipioak erabiltzen dituen zientzia da.[1][2] Diziplinaren sortzaileetako batek, James Keelerrek, zioen bezala, astrofisikak “zeruko gorputzen izaera zehaztu nahi du, espazioan duten kokapen edo higidurak baino gehiago: zer diren, non dauden baino”.[3] Azterturiko gaien artean ondoko hauek daude: Eguzkia (eguzki-fisika), beste izar batzuk, galaxiak, exoplanetak, izarrarteko ingurunea eta hondoko mikrouhin erradiazioa.[4][5] Objektu astronomiko horien igorpenen argitasuna, dentsitatea, tenperatura eta konposizio kimikoa aztertzen dira diziplina honetan, espektro elektromagnetikoaren zati guztietan zehar. Astrofisika oso gai zabala denez, astrofisikariek fisikaren diziplina askotako kontzeptuak eta metodoak aplikatzen dituzte, hala nola mekanika klasikoa, elektromagnetismoa, mekanika estatistikoa, termodinamika, mekanika kuantikoa, erlatibitatea, fisika nuklear eta partikulen fisika, eta fisika atomiko eta molekularra.
.jpg)
Praktikan, ikerketa astronomiko modernoak, askotan, fisika teoriko eta behatzailearen esparruetan lan handia egiten du. Astrofisikarien zenbait azterketa-eremu ondorengo hauek dira: materia ilunaren, energia ilunaren, zulo beltzen eta beste astro batzuen propietateak, eta baita unibertsoaren sorrera eta amaiera zehazteko saiakerak.[4] Astrofisikari teorikoek aztertzen dituzten beste gai batzuk dira: eguzki sistemaren sorrera eta garapena; izar-dinamika eta eboluzioa; galaxien eraketa eta eboluzioa; magnetohidrodinamika; unibertsoko materiaren eskala handiko egitura; izpi kosmikoen sorrera; erlatibitate orokorra, erlatibitate berezia, kosmologia kuantiko eta kosmologia fisikoa, korden kosmologia eta astropartikulen fisika barne.
Astronomia antzinako zientzia bat da, Lurraren fisikaren ikerketatik oso aldenduta dagoena.
Mesopotamian, Tigris eta Eufrates ibaien artean dagoen eskualdean (gaur egungo Irak), zenbait herri sortu eta garatu ziren K.a. 3. milurtekoan. Eskualde horretako lehen biztanleen artean sumertarrak egon ziren, eta berauek ere izan ziren lehenetarikoak behaketa astronomikoaren praktika lantzen. Hasieran, astroei buruz egiten zituzten behaketek izaera mistiko hutsa zuten, hau da, astrologian oinarritutako hipotesiak proposatzen zituzten. Teoria hauetan, astroek giza harremanak zein urtaroen ziklo naturalak gobernatzen zituztela ulertzen zen. Kristo aurreko lehen milurtekoaren inguruan, ordea, zerua behatzeko praktikak indarra hartu zuen eta astronomiaren sustraiak zientzia gisa bereizi ziren. Horren ondorioz, metodo matematikoen lehen aplikazioak sortu ziren Ilargiaren eta planeten mugimenduetan ikusitako aldakuntzak adierazteko.[6]
Matematika astrofisikan erabiltzen hasi zenetik, astronomia babiloniarrak planeten eta, bereziki, Eguzkiaren eta Ilargiaren mugimenduen behaketa sistematikoak egin zituen: ilargialdia zehaztu zen, baita Eguzkiaren mugimenduaren periodoa, eta Eguzkiaren urteko ibilbidearen inklinazioa ekliptikarekiko. Gainera, jakina zen Ilargiaren abiadura aldakorra zela Lurraren inguruan egiten zuen mugimenduan. Sumertarrek eklipseak iragartzea lortu zuten, eta planetak beti zeruko eskualde berean daudela ere egiaztatu zuten. Horretaz gain, animalien antza zuten zenbait konstelazio izendatu zituzten. Hortik dator Zodiakoa hitza, “animalien zirkulua” esan nahi duena.
Ikuspegi Aristotelikoan, zeruko gorputzak higidura zirkular uniformean bakarrik higi zitezkeen esfera aldaezinak ziren. Lurra, berriz, etengabeko hazkuntzan eta deskonposizioan zegoen esfera zen, non mugimendu naturala lerro zuzenean zen eta objektu mugikorra bere helburura iristen zenean amaitzen zen. Hortaz, zeruko eskualdeak osatzen zituen oinarrizko materia Lurrean aurki daitezkeenen desberdina izan behar zen, hala nola suzkoa, Platonek (K.a. 428-348) esaten zuen eran edo eterrezkoa, Aristotelesek (K.a. 384-322) defendatzen zuen moduan.[7][8]
Ikuspegi geozentriko horri aspaldi egin zion aurka Aristarkok (K.a. 310-230), Eguzki sistemari aplikaturiko heliozentrismoaren ideia proposatuz lehenengo aldiz. Ordea, heliozentrismoa ez zen berriro nabarmendu Nikolas Kopernikok horri buruzko formulazio matematiko sendo bat aurkeztu zuen arte, XVI. mendean.
XVII. mendean zehar, Galileo,[9] Descartes[10] eta Newton[11] bezalako naturaren filosofoak zeruko eta Lurreko eskualdeak material mota antzekoez eginda zeudela defendatzen hasi ziren, baita lege natural berberen menpe zeudela ere.[12] Haien erronka nagusia zen baieztapen horiek frogatzeko oraindik asmatu gabe zeuden tresnak lortzea. [13]
XIX. mendearen zati handi batean, astronomiaren ikerketa objektu astronomikoen posizioak eta gorputzen higidurak neurtzean ardaztu zen.[14][15] Hortik aurrera, William Hyde Wollastonen eta Joseph von Fraunhoferen eskutik, astrofisika izena hartuko zuen astronomia berri batek aurrerapauso erraldoia eman zuen. Zientzialari hauek independenteki aurkitu zuten Eguzkiko argia deskonposatzean espektro ikusgaian zeuden lerro ilun ugari ikusten zirela (alegia, argi gutxiago edo bat ere ez zuten eskualdeak).[16] Esperimentu horren jatorria bilatzeko asmotan, 1860an Gustav Kirchhoff fisikariak eta Robert Bunsen kimikariak frogatu zuten Eguzkiaren espektroko lerro ilun horiek gas ezagunen espektroko lerro argiekin lotura zutela eta, beraz, jatorri kimiko bat ere bazutela.[17][18] Era honetan, Eguzkian eta izarretan aurkitutako elementu kimikoak Lurrean ere aurkitzen zirela frogatu zen. Gertaera hauekin guztiekin hasiera eman zitzaion astrofisikari.
Eguzki- eta izar-espektroaren ikerketa zabaldu zutenen artean Norman Lockyer zegoen, 1868an marra argi nahiz ilunak detektatu zituena Eguzkiaren espektroan. Edward Frankland kimikariarekin lan egiten ari zela tenperatura eta presio ezberdinetako elementuen espektroa ikertzeko, ezin izan zuen lotu Eguzkiaren espektroan agertzen zen marra hori bat inongo elementu ezagunaren espektroarekin ere. Horregatik ondorioztatu zuen elementu berri baten aurrean zegoela, helio deitu zuena, greziar mitologiako Helios Eguzkiaren pertsonifikazioarengatik.[19][20]
1885ean, Edward C. Pickeringek anbizio handiko izar-espektroen sailkapeneko programa bat abiarazi zuen Harvard Collegeko Behatokian, zeinean emakumezko konputatzaile talde batek (Williamina Fleming, Antonia Maury eta Annie Jump Cannon barne), plaka fotografikoetan grabatuta zeuden espektroak sailkatu zituen. 1890ean, dagoeneko 10.000 izar baino gehiagoko katalogoa prestatuta zegoen, hamahiru espektro motatan taldekatzen zituena. Pickeringen ikuspenari jarraituz, 1924an Cannonek katalogoa zabaldu zuen bederatzi liburutara eta milioi laurden inguru izarretaraino, honekin Harvard Classification Scheme-a garatuz, 1922an mundu osoko erabilerarako onartua izan zena.[21]
1895ean, George Ellery Halek eta James E. Keelerrek, Europako eta Estatu Batuetako hamar editorialekin batera,[22] The Astrophysical Journal: An International Review of Spectroscopy and Astronomical Physics sortu zuten.[23] Aldizkari honek astronomia eta fisikako aldizkarien arteko hutsunea bete nahi zuen, hainbat gairen gaineko artikuluak argitaratzeko aukera emanez: espektroskopioaren aplikazio astronomikoei buruz; fisika astronomikoarekin lotutako laborategi-ikerketei buruz, espektro metaliko eta gaseosoen uhin-determinazioak eta erradiazio eta xurgatzeari buruzko esperimentuak barne; eta Eguzkiari, Ilargiari, planetei, kometei, metalei eta nebulosei buruzko teorien inguruan.[22]
1920 inguruan, Hertzsprung-Russell diagramaren aurkikuntzari jarraituz (oraindik izarrak eta beren eboluzioa sailkatzeko oinarri gisa erabiltzen zena) Arthur Eddingtonek izarretako fusio nuklearreko prozesuen mekanismoaren aurkikuntza iragarri zuen, bere The Internal Constitution of the Stars artikuluan.[24][25] Garai hartan, izarren energia-iturria erabateko misterioa zen; Eddingtonek zuzen hausnartu zuen iturri hori hidrogenoaren fusioa zela, helioa sortu eta energia izugarria askatzen zuena, Einsteinen ekuazioaren arabera E = mc2. Honek garapen biziki nabarmena ekarri zuen, garai hartan oraindik ez baitziren aurkitu fusioa eta energia termonuklearra, ezta izarrak hidrogenoz osatuta daudela neurri handi batean (ikusi metaltasuna).[26]
1925ean Cecilia Helena Paynek eragin handiko doktore tesia idatzi zuen Radcliffe Collegen, zeinean Saharen ionizazio teoria erabiltzen zuen izarren atmosferetan, espektro klaseak izarren tenperaturarekin erlazionatzeko.[27] Are gehiago, hidrogenoa eta helioa izarren osagai nagusiak zirela aurkitu zuen (ez Lurraren konposizioa). Eddingtonen iradokizunaren aurka, aurkikuntza hau hain ustekabekoa izan zen, bere tesiaren irakurleek (Russell barne), argitaratu baino lehen, ondorioa aldatzeko konbentzitu zutela. Hala ere, gerora egindako ikerketek Payneren aurkikuntza baieztatu zuten.[28][29]
XX. mendearen amaierarako, espektro astronomikoaren ikerketak hedatu egin ziren irrati-uhinak, uhin optikoak, X izpiak eta gamma uhin-luzerak barne hartzeraino.[30] XXI. mendean, gainera, grabitazio-uhinetan oinarritutako behaketak barne hartzeko zabaldu zen.
Behaketazko astrofisika zientzia astronomikoaren zati bat da, datuak grabatzeaz eta interpretatzeaz arduratzen dena. Astrofisika teorikoarekin konparatuz, ez da eredu fisikoen neurketetan oinarritzen, teleskopio eta bestelako aparatu astronomikoen bidezko astroen behaketan baizik.
Behaketa astrofisiko gehienak espektro elektromagnetikoa erabiliz egiten dira eta hurrengo hauek osatzen dute:
Erradiazio elektromagnetikoaz gain, badago Lurretik distantzia handietara sortzen diren zenbait gauza gutxi ikustea.Grabitazio-uhin behatoki batzuk eraiki dira, baina oso zaila da uhin grabitatorioak detektatzea. Neutrino behatokiak ere eraiki dira, Eguzkia aztertzeko batez ere. Energia handiko partikulez osatutako izpi kosmikoak Lurraren atmosfera jotzen ikus daitezke.
Bestalde, behaketak alda daitezke denbora-eskalan. Behaketa optiko gehienek minutu batzuetatik hainbat ordura arte har dezakete eta, beraz, hau baino azkarrago aldatzen diren fenomenoak ezin dira era errazean hauteman. Hala ere, objektu batzuei buruzko datu historikoak eskuragarri daude, mende edo milurtekotara zabaltzen direnak. Beren aldetik, irratiko behaketek milisegundoko gertaeren datuak behatu (milisegundoko pulsarrak) edo hainbat urteetako datuak (pulsar dezelerazio ikerketak) konbinatu ditzakete. Denbora-eskala desberdin horietatik lortutako informazioa oso ezberdina da.
Eguzkiaren ikerketak toki berezia dauka astrofisika behatzailean. Gainerako izar guztiekiko distantzia izugarria dela eta, Eguzkia beste edozein izarrek gainditu ezin duen xehetasunez ikus daiteke. Eguzkia ulertzeak beste izar batzuk ulertzeko gida ematen, eskaintzen du.
Izarrak nola aldatzen diren (alegia, izarren eboluzioa) izar mota bakoitza Hertzsprung-Russell diagramako bere posizioan kokatuz modelatzen da. Izan ere, diagrama horrek, nolabait, objektu astronomiko baten egoera kronologikoa, jaiotzatik suntsipenera, irudikatzen bide du.
Astrofisikari teorikoek hainbat erreminta erabiltzen dituzte objektu astronomikoen izaera ulertzeko asmoarekin; tresna hauen barruan eredu analitikoak (adibidez, politropoak izar baten portaeraren hurbilketa lortzeko) eta zenbakizko simulazioak daude. Hauetako bakoitzak bere abantailak eta desabantailak ditu. Prozesu baten eredu analitikoak hobeak izan ohi dira gertatzen ari denaren mamira heltzeko eta hura ulertzeko. Zenbakizko ereduek, aldiz, agerian jar dezakete beste moduren batean ikusiko ez liratekeen fenomeno eta efektuen existentzia.[32][33]
Eremu honetan lan egiten dutenak eredu teorikoak sortzen eta eredu horien ondorio behagarriak aurkitzen saiatzen dira. Honek eredu bat gezurtatzea edo eredu alternatibo edo kontrajarrien artean aukeratzea ahalbidetu dezaketen datuak bilatzen laguntzen die behatzaileei.
Halaber, astrofisikari teorikoak ereduak eratzen edo aldatzen saiatzen dira, datu berriak kontuan hartzeko. Bateraezintasun baten kasuan, joera orokorra ereduari eraldaketa minimoak egiten saiatzea da, datuak egokitzeko. Kasu batzuetan, denboraren poderioz, datu inkoherente gehiegi egoteak eredu bat erabat uztea ekar dezake.
Astrofisikari teorikoek aztertutako zenbait gai ondoko hauek dira: izarren dinamika eta eboluzioa; galaxien eraketa eta eboluzioa; magnetohidrodinamika (MHD); unibertsoko materiaren eskala handiko egitura; izpi kosmikoen sorrera; erlatibitate orokorra eta kosmologia fisikoa, baita korden kosmologia eta astropartikulen fisika ere. Astrofisika erlatibistak eskala handiko egituren propietateak neurtzeko tresna gisa balio du, zeinentzat grabitazioak rol garrantzitsua betetzen duen fenomeno fisikoetan, baita zulo beltzen (astro)fisikaren eta grabitazio uhinen azterketaren oinarri gisa ere.
Hona hemen zabalki onartuta eta ikertuta dauden teoria eta eredu batzuk (orain Lamba-CDM modeloan sartuta daudenak): Big Banga, inflazio kosmikoa, materia iluna, energia iluna eta fisikaren oinarrizko teoriak.
| Prozesu fisikoa | Tresna esperimentala | Eredu teorikoa | Azalpenak/Iragarpenak |
|---|---|---|---|
| Grabitazioa | Irrati-teleskopioa | Sistema auto-grabitatorioa | Izar-sistema baten eraketa |
| Fusio nuklearra | Espektroskopia | Izar eboluzioa | Izarren distira |
| Big Banga | Hubble espazio teleskopioa, KOBE | Azeleratutako unibertsoa | Unibertsoaren adina |
| Fluktuazio kuantikoak | Inflazio kosmikoa | Lautasunaren problema | |
| Grabitazio-kolapsoa | X izpien astronomia | Erlatibitate orokorra | Zulo beltzak Andromedako erdialdean |
Denbora luzez, astrofisikak ez zuen ia laborategiko esperimenturik egin. Milurtekoaren hasieran, teleskopio berri eta ahaltsuak garatzeak laborategiko astrofisikaren eremua sortu zuen. Astrofisika honek molekula ezezagunak sortzen eta aztertzen ditu. Laborategian lortutako espektrogrametan oinarrituta eta irrati-teleskopio handien laguntzarekin, molekula horiek izarrarteko gas-hodeietan hauteman daitezke. Era honetan, izarretan gertatzen diren prozesu kimikoei buruzko ondorioak atera daitezke, adibidez, izarrak noiz sortzen diren.
Mundu osoan, laborategiko astrofisikako ikerketarako 20 talde besterik ez dago. Alemanian, Kasselko Unibertsitatean[34], Jenako Friedrich Schiller Unibertsitatean eta Koloniako Unibertsitatean. Badira halaber planeten eraketa aztertzen duten laborategiak, hala nola Braunschweigeko Unibertsitatekoa eta Duisburg-Essengo Unibertsitatekoa. Azkenengo hauek, talkak eta hauts-partikulen hazkundea ordenagailu bidez simulatzeaz gain, laborategiko esperimentu batzuk ere egiten dituzte, baita grabitaterik gabeko baldintzetan ere.
Astrofisika, funtsean, behaketen eta neurketen mende dago. Izan ere, egindako esperimentuak ez dira kontuan hartzen, behin bakarrik izaten diren gertaera kosmologikoak ezin direlako erreproduzitu (Big Banga, kasu). Neurketa horietako askok errore erlatibo handia dute, hain txikia baita haien tamaina ezen errorea proportzionalki hazten den (adibidez, objektuen tamainak edo angelu-distantziak). Beraz, zeharkako metodoetan oinarritutako neurketak (izar-masak, adinak edo distantziak, kasu) zehaztugabetasun handiekin lotuta daude.
Neurketetako doitasun-maila handiak lortzeko, hainbat teknika erabil daitezke, hala nola izarretako atmosferen espektroskopia, objektuak Ilargitik gertu pasatzen direneko neurketak edo metodo estatistikoak (neurketa independente asko eginez).
Edozein kasutan, astrofisikako neurketak zehaztugabeagoak izan arren, astrofisikariek fisikako beste arlo batzuetako metodoak eta legeak erabiltzen dituzte, bereziki fisika nuklearrekoak eta partikulen fisikakoak (adibidez, detektagailuak erabiltzen dira energia jakin bateko partikulak neurtzeko).
Bestalde, astrofisika teorikoaren eta plasmaren fisikaren arteko lotura bereziki estua da. Izan ere, bien arteko gertutasun hori dela eta, fenomeno astronomiko asko (hala nola izarretako atmosferak edo materia-hodeiak) plasma bidezko hurbilketa on baten bidez deskriba daitezke.
Astrofisikaren jatorria XVII. mendean kokatzen da, fisikan eta astronomian gaituak ziren zientzialariek zeruko eta Lurreko esparruei lege berberak aplikatzen zien fisika bateratu bat sortu zutenean. Horrela, astrofisikako zientzia modernoari oinarri sendoa eman zitzaion.[12]
Gaur egun, Royal Astronomical Societyk eta Lawrence Krauss, Subrahmanyan Chandrasekhar, Stephen Hawking, Hubert Reeves, Carl Sagan eta Patrick Moore bezalako hezitzaile ospetsuek egindako ahaleginek gazteak erakartzen jarraitzen dute astrofisikaren historia eta zientzia aztertzera.
[35][36][37] The Big Bang Theory telesailak astrofisikaren eremua publiko orokorrari ezagutarazi zion, Stephen Hawking eta Neil deGrasse Tyson bezalako zientzialari ezagunak kapitulu batzuetan parte hartuz.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
