2.6. Organització de l’Univers I.

Els sistemes organitzatius més petits a l’Univers serien els sistemes planetaris:

SISTEMES PLANETARIS

Un sistema planetari està format per una o diverses estrelles centrals i diversos objectes orbitant al seu voltant. El nostre sistema planetari, el Sistema Solar, està format pel Sol, els diferents planetes i una multitud de cossos menors. En l’actualitat es coneixen més de quatre centenars d’estrelles al voltant del orbita almenys un planeta.

Recreació artística d'un sistema planetari

Es creu que els sistemes planetaris al voltant d’estrelles de tipus solar es formen com a part del mateix procés de la formació d’estrelles. La majoria de les teories antigues eren de tipus catastrofista i involucraven el pas d’una estrella molt prop del sol capaç d’extreure material d’aquest per mitjà de la seva gravetat i col.lapsar més tard formant els planetes. No obstant això la probabilitat d’un esdeveniment d’aquest tipus és tan reduïda que implicaria una gran escassetat de sistemes planetaris a la galàxia. Les teories modernes indiquen que els planetes es van formar a partir d’un disc d’acreixement. En el cas del sistema solar aquest s’hauria format a partir de la nebulosa solar.

Alguns sistemes planetaris són molt diferents del nostre, com els sistemes de planetes al voltant de púlsars detectats a partir de les lleugeres variacions en els polsos de radiació electromagnètica d’aquests cossos. Els púlsars es formen en violentes explosions de supernoves de manera que un sistema planetari convencional no podria sobreviure a aquesta explosió, els planetes s’evaporarien o escaparien de l’atracció gravitacional de l’estrella central. Algunes teories indiquen que els companys estelars existents prop de la supernova s’evaporarien la major part de la seva massa deixant cossos de grandària planetària. Alternativament els planetes podrien formar-se en un disc d’acreixement envoltant els púlsars i format pel material expulsat de l’estrella central.

Alguns sistemes planetaris destacats

  • El Sistema Solar. El nostre propi sistema planetari
  • PSR 1257 +12. El primer sistema planetari extrasolar descubierto.La estrella central és un púlsar i elsdiferents planetes que s’han trobat al seu voltant es denominen planetes púlsars.
  • Upsilon Andromedae. El primer sistema extrasolar descobert en una estrella de la seqüència principal(abril 1999).
  • PSR B1620-26. El primer sistema extrasolar descobert en un sistema estel · lar múltiple.
  • Gliese 581. El sistema planetari extrasolar amb el major nombre de planetes descoberts fins ara (6 planetes a l’octubre de 2010). A més, l’abril de 2011 es va descobrir un planeta amb posibilitats d’albergar vida (gliese 581 G)
  • Gliese 876. El primer sistema planetari en una estrella nana vermella i el primer a ser descobert en una ressonància orbital.
  • HD 69830. El primer sistema planetari amb tres planetes de la grandària de Neptú i un cinturód’asteroides anomenat la ‘pedra de roseta’de dels sistemes planetaris. (Maig 2006).
  • 2M1207.  El primer sistema amb un planeta descobert girant al voltant d’una nana marró i la primeravegada que s’aconsegueix una imatge del planeta.
  • Cha 110.913-773.444. El primer planeta extrasolar amb llunes al seu voltant. Encara es discuteix si estracta d’un planeta o d’una nana marró
  • Sistema 55 Cancri 55 Cancri (abreujadament 55 CNC; denominació de Bayer Rho1 Cancri A, Rho-1Cancri) és un estel proper de magnitud 6 en la constel.lació de Càncer. L’estrella és un sistema planetari binari per això és important

Elements dels sistemes planetaris

ESTRELLES

En un sentit general, es pot afirmar que una estrella és tot objecte astronòmic que brilla amb llum pròpia. Ara bé, d’una manera més tècnic i precís, podria dir-se que es tracta d’una esfera de plasma, que manté la seva forma gràcies a un equilibri de forces anomenat equilibri hidrostàtic. L’equilibri es produeix essencialment entre la força de gravetat, que empeny la matèria cap al centre de l’estrella, i la pressió que fa el plasma cap a fora, que tal com succeeix en un gas, tendeix a expandir-lo. La pressió cap a fora depèn de la temperatura, que en un cas típic com el Sol, es manté amb el subministramentd’energia produïda a l’interior de l’estrella. Per això, l’equilibri es mantindrà essencialment en lesmateixes condicions, en la mesura que l’estrella mantingui el ritme de producció energètica. Però aquest ritme, com s’explica després, canvia al llarg del temps, generant variacions en les propietats físiques globals de l’astre, que es coneixen com evolució de l’estrella.

Cicle de vida dels estels

Les estrelles es formen a les regions més denses de les nebuloses estel·lars com a conseqüència de les inestabilitats gravitatòries causades, principalment, per supernoves o col·lisions galàctiques. El procés s’accelera una vegada que aquests núvols d’hidrogen molecular (H2) comencen a caure sobre si mateixes, alimentat per la cada vegada més intensa atracció gravitatòria. La seva densitat augmenta progressivament, sent més ràpid el procés en el centre que a la perifèria. No triga molt a formar-se un nucli en contracció molt calent anomenat protoestrella. El col·lapse en aquest nucli és, finalment, detingut quan comencen les reaccions nuclears que eleven la pressió i temperatura de la protoestrella. Un cop estabilitzada la fusió de l’hidrogen, es considera que l’estrella està en l’anomenada seqüència principal, fase que ocupa aproximadament un 90% de la seva vida. Quan s’esgota l’hidrogen del nucli de l’estrella, la seva evolució dependrà de la massa.

Les estrelles amb una massa reduïda, com el nostre Sol, pasaríen per una fase de Gegant vermella curta, que acabaria esclatant donant com a conseqüència una nèbula planetària i una nana blanca que poc a poc aniria perdent temperatura per a convertir-se en una nana negra.

Les estrelles amb gran massa es converteixen en supergegants i exploten com supernova, deixant també un romanent estel·lar que pot ser una estrella de neutrons o un forat negre.

Així doncs, la vida d’una estrella es caracteritza per llargues fases d’estabilitat regides per l’escala de temps nuclear separades per breus etapes de transició dominades per l’escala de temps dinàmic (vegeu escales de temps estel·lar).

Les estrelles es classifiquen en funció de la seva lluminositat, del color, del tamany i d’altres paràmetres:

Un estel típic es divideix en nucli, mantell i atmosfera. En el nucli és on es produeixen les reaccions nuclears que generen la seva energia. El mantell transporta aquesta energia cap a la superfície i segons com la transporta, per convecció o per radiació, es dividirà en dues zones: radiant i convectiva. Finalment, l’atmosfera és la part més superficial dels estels i l’única que és visible. Es divideix en cromosfera, fotosfera i corona solar. L’atmosfera estel·lar és la zona més freda dels estels i s’hi produeixen els fenòmens d’ejecció de matèria. Tanmateix, la corona suposa una excepció al que s’ha dit ja que la temperatura torna a augmentar fins a ultrapassar el milió de graus. Però és una temperatura enganyosa. En realitat aquesta capa és molt poc densa i és formada per partícules ionitzades altament accelerades pel camp magnètic de l’estel. Llurs grans velocitats confereixen a aquestes partícules altes temperatures.

Estructura interna d'una estrella

Al llarg del seu cicle les estrelles experimenten canvis en la grandària de les capes i fins i tot en l’ordre en què es disposen. En algunes la zona radiant se situa abans que la convectiva i en altres a l’inrevés, depenent tant de la massa com de la fase de fusió en què es trobi. De la mateixa manera, el nucli també pot modificar les seves característiques i la seva grandària al llarg de l’evolució de l’estel.

Una gran varietat de reaccions diferents de fusió tenen lloc dins dels nuclis de les estrelles, les quals depenen de la massa i la composició.

Normalment les estrelles inicien la seva combustió nuclear amb al voltant d’un 75% d’hidrogen i un 25% d’heli juntament amb petites traces d’altres elements. En el nucli del Sol amb uns 107K l’hidrogen es fusiona per formar heli mitjançant la cadena protó-protó:

4¹H → 2²H + 2e+ + 2νe (4.0 MeV + 1.0 MeV)
2¹H + 2²H → 2³He + 2γ (5.5 MeV)
2³He → 4He + 2¹H (12.9 MeV)

Aquestes reaccions queden reduïdes en la reacció global:

4¹H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV)

En estrelles més massives l’heli es produeix en un cicle de reaccions catalitzades pel carboni, és el cicle CNO o cicle de Bethe. Això és representat exemplarment en el cas d’una estrella amb 18 masses solars:

PLANETES

Un planeta és, segons la definició adoptada per la Unió Astronòmica Internacional el 24 d’agost de 2006, un cos celeste que orbita al voltant d’una estrella o romanent d’ella i que:

  1. Té suficient massa perquè la seva gravetat superi les forces del cos rígid, de manera que assumeixi una forma en equilibri hidrostàtic (pràcticament esfèrica).
  2. Ha netejat el veïnatge de la seva òrbita de planetesimals.

SATÈL·LITS

Es denomina satèl·lit a qualsevol objecte que orbita al voltant d’un planeta. Generalment el satèl·lit és molt més petit i acompanya al planeta en la seva translació al voltant de la Estrella que orbita.

En el cas de la Lluna, que té una massa aproximada a 1 / 81 de la massa de la Terra, podria considerar-se com un sistema de dos planetes que orbiten junts (sistema binari de planetes). Aquest és el cas de Plutó i el seu satèl·lit Caront. Si dos objectes posseeixen masses semblants, se sol parlar de sistema binari en lloc d’un objecte primari i un satèl·lit. El criteri habitual per a considerar un objecte com satèl·lit és que el centre de masses del sistema format pels dos objectes estiga dins de l’objecte primari. El punt més elevat de l’òrbita del satèl·lit es coneix com apoápside.
En el Sistema Solar, els noms dels satèl·lits són personatges de la mitologia, excepte els d’Urà que són personatges de diferents obres de William Shakespeare.

Per extensió es diu llunes als satèl·lits d’altres planetes. Es diu els quatre satèl·lits de Júpiter, però també, les quatre llunes de Júpiter. També per extensió es diu satèl·lit natural o lluna a qualsevol cos natural que gira al voltant d’un cos celeste, encara que no sigui un planeta, com és el cas del  satèl·lit asteroidal Dactyl girant al voltant del asteroide (243) Anada etc.

COMETES

Hale-Bopp, fotografiat l'any 1997

Els cometes (del llatí cometi i el grec κομήτης, de κόμη, “cabellera”) són cossos celestes constituïts per gel i roques que orbiten el Sol seguint diferents trajectòries líptiques, parabòliques o hiperbòliques. Els cometes, junt amb els asteroides, planetes i satèl·lits, formen part del Sistema Solar. La majoria d’aquests cossos celestes descriuen òrbites líptiques de gran excentricitat, la qual cosa produeix el seu acostament al Sol amb un període considerable. A diferència dels asteroides, els cometes són cossos sòlids compostos d’aigua, gel sec, amoniac, metà, ferro, magnesi, sodii silicats. Donat les baixes temperatures dels llocs on es formen, aquestes substàncies que composen els planetes es troben congelades. Aquests materials sublimen en les rodalies del Sol A gran distància (a partir de 5-10 UA) desenvolupen una atmosfera que embolica al nucli, anomenada com a o cabellera. Aquesta coma està formada per gas i pols. A mesura que el cometa s’acosta al Sol, el vent solar assota la coma i es genera la cua característica. La cua està formada per pols i el gas de la coma ionitzat.

Els cometes provenen principalment de dos llocs, el núvol d’Oort, situat entre 50.000 i 10.000 UA del Sol, i el cinturó de Kuiper, localitzat més enllà de l’òrbita de Neptú.

Va ser després de l’invent del telescopi que els astrònoms van començar a estudiar als cometes amb més detall, advertint llavors que la majoria d’aquests tenen aparicions periòdiques. Edmund Halley va ser el primer a adonar-se’n i va pronosticar en 1705 l’aparició del cometa Halley en 1758, per al qual va calcular que tenia un període de 76 anys. No obstant això, va morir abans de comprovar la seva predicció. Causa de la seva petita grandària i òrbita molt allargada, només és possible veure els estels quan estan prop del Sol i per un període curt de temps.
Els cometes són generalment descoberts visual o fotogràficament usant telescopis de camp ample o altres mitjans de magnificació òptica, com ara els binoculars. No obstant això, encara sense accés a un equip òptic, és possible descobrir un cometa rasant solar en línia amb un ordinador i una connexió a Internet. En els anys recents, l’Observatori Rasant Virtual de David (David J. Evans) (DVSO) li ha permès a molts astrònoms aficionats de tot el món, descobrir nous estels en línia (freqüentment en temps real) usant les últimes imatges del Telescopi Espacial SOHO.

ASTEROIDES

Un asteroide és un cos rocós, carbonaci o metàl·lic més petit que un planeta i major que un meteoroide, que orbita al voltant del Sol en una òrbita interior a la de Neptú.

Vistos des de la Terra, els asteroides tenen aspecte d’estels, d’aquí el seu nom (ἀστεροειδής en grec significa “de figura d’estrella”), que els va ser donat per John Herschel poc després que els primers fossin descoberts. Els asteroides també s’anomenen planetoides o planetes menors, denominacion sque s’ajusten més al que en realitat són, i els engloba en una mateixa categoria amb els estels i amb aquells cossos amb òrbites majors que la de Neptú (objectes transneptunians).

La majoria dels asteroides del nostre Sistema Solar posseeixen òrbites semi entre Mart i Júpiter,conformant l’anomenat cinturó d’asteroides, però alguns són desviats a òrbites que creuen les dels planetes majors.

Des de la redefinició de planeta de 2006 duta a terme per la Unió Astronòmica Internacional, el terme clàssic asteroide no desapareix sinó que l’hi inclou dins dels denominats cossos menors del Sistema Solar (excepte Ceres, que es considera planeta nan), juntament amb els estels, la majoria dels objectes transneptunians i qualsevol altre sòlid que orbita entorn del Sol i sigui més petit que un planeta nan.

Anuncis

One thought on “2.6. Organització de l’Univers I.

  1. Retroenllaç: L'UNIVERS

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s