¿Cómo se forman las estrellas?
Cada galaxia contiene decenas o cientos de miles de millones de estrellas, de las cuales el Sol es un ejemplo típico.
¿Qué es una estrella?
Una estrella es una esfera de gas (principalmente Hidrógeno) .
En balance hidrostático entre su auto-gravedad (su propio peso) y el gradiente de presión térmica en su interior,
alimentado por las reacciones nucleares en su centro.
A cada radio:
H ? He
Condición de equilibrio hidrostático.
Fuerza de Peso de las
presión capas externas
=
¿De dónde surgen las estrellas?
Toda la formación estelar (FE) actualmente ocurre en Nubes moleculares:
Regiones de alta densidad (n>100 cm-3) en el medio interestelar de las galaxias, tales que el hidrógeno está principalmente en forma molecular H2 (la densidad columnar es suficientemente grande como para auto-escudar al gas de la radiación UV foto-disociante).
Se observan en la emisión de otras moléculas, tales como CO, NH3, etc; en emisión infrarroja (IR) y en radio de polvo, y en absorción óptica e IR por polvo.
Las estrellas se forman cuando alguna región (“núcleo denso”) dentro de una nube molecular “decide” que ya no puede con su propio peso y sufre un colapso (implosión) gravitacional.
¿Cuándo sucede esto?
Cuando la autogravedad de la región es mayor que la suma de los agentes que actúan en su contra:
Presión térmica
Presión magnética
Rotación
Inercia de movimientos turbulentos
Conceptos básicos de física
Las matemáticas nos permiten describir cuantitativamente el mundo que nos rodea. Es decir, describir no sólo el cómo de las cosas, sino también cuánto.
Las leyes de la física (es decir, del funcionamiento del mundo al nivel más básico) se escriben entonces de manera matemática.
A continuación, definiremos algunos de los conceptos físicos que utilizaremos en este curso.
Fuerza es un empuje o jalón que se le da a un objeto, generalmente ocasionando que se mueva (específicamente, que se acelere).
Cuando una fuerza pone en movimiento a un cuerpo, le imparte una cierta cantidad de energía.
A nivel básico, definimos energía como la capacidad de realizar algún trabajo (efectuar alguna acción sobre otro objeto).
La energía puede existir en muchas formas, como térmica (debida a la temperatura), gravitacional, cinética (debida al movimiento), potencial (que está disponible), etc.
La energía impartida a un cuerpo por una fuerza aplicada a él a lo largo de una cierta distancia es el trabajo W realizado por la fuerza:
F
d
Tres importantes formas de energía en el estudio de la formación de las estrellas
La fuerza que domina a grandes escalas en el Universo es la Fuerza de Gravedad, descrita cuantitativamente por vez primera por Newton en la primera mitad del siglo XVIII.
en donde:
M1 = Masa del objeto 1 G = cte. de la gravitación
M2 = Masa del objeto 2 R = distancia entre M1 y M2
Ley de la Gravitación Universal
I. La energía gravitacional
La energía gravitacional Eg es la energía potencial (disponible) que tiene un cuerpo por encontrarse bajo la fuerza de gravedad de otro cuerpo:
g
R
La energía autogravitacional Eg de un cuerpo, debida a la atracción gravitacional de cada uno de sus átomos sobre todos los demás, es
Un poco más o menos, dependiendo de la forma del objeto y de cómo está distribuida la masa dentro de él.
Otra fuerza muy importante para nosotros es la ejercida por las moléculas de un gas sobre algún objeto por el movimiento térmico de ellas (es decir, por la temperatura del gas):
La relación entre la presión y la fuerza es entonces:
Se ve entonces que, si la presión es constante (por ejemplo, la del aire en este cuarto), a mayor superficie, mayor fuerza neta (por eso las velas de los barcos se hacían tan grandes como fuera posible).
La presión es la fuerza que ejerce el golpeteo continuo de las moléculas de un cuerpo, líquido o gas sobre la unidad de superficie (ejm., 1 m2, 1 cm2, etc.) de otro cuerpo.
II. La energía térmica
Ejemplos:
Al introducir aire a un globo, la presión del aire dentro de él, lo infla.
Los objetos pesan menos en el agua porque la presión aumenta con la profundidad:
Hay mayor presión sobre la parte más sumergida del cuerpo que sobre la menos sumergida.
Hay un empuje neto sobre el cuerpo de abajo hacia arriba.
P aumenta hacia abajo
A mayor temperatura, mayor es la velocidad promedio de las moléculas, y por lo tanto, mayor es la fuerza que se aplica en cada cm2 (es decir, mayor es la presión).
A mayor densidad del gas que ejerce la presión (número de moléculas por cm3), mayor es el número de golpes por segundo que recibe cada cm2 de la pared que lo contiene. Por lo tanto, mayor es la presión.
Estas propiedades se resumen en la Ley de los Gases Ideales:
r = densidad del gas = Masa/ volumen
T = temperatura
P = presión
k = cte. de Boltzmann
m = masa de cada molécula
Alta densidad
Baja densidad
1 cm3
Esta ley también se puede escribir como:
La energía interna Ei (o térmica) es la que tiene un cuerpo o un gas por encontrarse a una cierta temperatura:
La temperatura se relaciona también con la velocidad del sonido:
n = número total de moléculas
Ei es proporcional a T
o sea, a PV
El sonido se transmite a la velocidad de las moléculas.
T mide la energía cinética de las moléculas
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