El Gran Debate es una discusión en la historia de la astronomía que tuvo lugar en 1920. El gran debate fue sobre los parámetros de nuestra Galaxia y la naturaleza de las "nebulosas espirales" ahora conocidas como galaxias espirales . Contó con Harlow Shapley y Geber Curtis .
Había muchas discrepancias entre Shapley y Curtis, las imágenes de la visión general del Universo en los modelos de Shapley y Curtis eran diferentes. En el modelo de Shapley, nuestra galaxia tenía un gran tamaño, el Sol estaba alejado de su centro y las nebulosas espirales estaban dentro de él y eran solo nubes de gas, mientras que Shapley no excluyó que pudieran existir otras galaxias más allá de la visibilidad de los instrumentos modernos. En el modelo de Curtis, el Sol estaba en el centro de una galaxia relativamente pequeña y las nebulosas espirales eran sistemas estelares como nuestra galaxia.
Ambos participantes en la Gran Disputa resultaron tener parte de razón. Así, en cuestiones del tamaño de la Galaxia y la posición del Sistema Solar en ella, Shapley resultó estar más cerca de la verdad, y en cuestiones relacionadas con las nebulosas espirales, Curtis tenía razón. Mediciones posteriores más precisas de nuestra galaxia mostraron que su diámetro es de 30 kiloparsecs, y el Sol está a una distancia de 8 kiloparsecs de su centro. Las nebulosas espirales resultaron ser sistemas estelares distantes similares a nuestra galaxia.
A principios del siglo XX, la idea errónea común era que el Sol estaba en el centro de la Vía Láctea o cerca de él. Varios astrónomos, empezando por William Herschel , utilizaron el método de conteo estelar y obtuvieron tal resultado debido a la absorción interestelar de la luz , que creó la ilusión de la mayor concentración de estrellas cerca del Sol. El tamaño de la Galaxia, por ejemplo, según los resultados de 1910 de Karl Schwarzschild , era de 10 kiloparsecs . En 1917, Harlow Shapley , midiendo las distancias a los cúmulos estelares globulares e investigando su distribución en el cielo, determinó el tamaño de la Galaxia en 100 kiloparsecs, y la distancia del Sol a su centro en 13 kiloparsecs. Aunque ambos valores resultaron estar sobreestimados, Shapley fue el primero en demostrar que el Sol está lejos del centro de nuestra galaxia [1] [2] , pero esta idea no se generalizó inmediatamente [3] . Posteriormente, Shapley refinó su estimación [4] .
Además, en ese momento aún no se sabía si las "nebulosas espirales", ahora conocidas como galaxias espirales , eran objetos en nuestra Galaxia , o si eran sistemas estelares distantes. La hipótesis de que algunas nebulosas son sistemas estelares distantes apareció ya en el siglo XVIII, y la opinión general de los astrónomos sobre este tema ha cambiado muchas veces: prácticamente no había datos sobre la distancia a las nebulosas [3] [5] .
En 1919, George Ellery Hale decidió organizar una discusión sobre el tamaño del universo. Tuvo lugar el 26 de abril de 1920 en la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos , en Washington . Los ponentes fueron los astrónomos Harlow Shapley del Observatorio Mount Wilson y Geber Curtis del Observatorio Lick : cada uno de ellos dio una conferencia en la que expresó su punto de vista sobre el tamaño del Universo y los parámetros de nuestra Galaxia. La discusión se llamó La Escala del Universo , pero luego se le asignó el nombre de Gran Debate [ 4 ] [ 6] [7] .
Shapley y Curtis discreparon en muchos temas separados relacionados con el tamaño de nuestra galaxia y la posición del sistema solar en ella , así como si las " nebulosas espirales " pertenecen a nuestra galaxia o son objetos separados. Como resultado, las imágenes de la apariencia general del Universo en los modelos de Shapley y Curtis diferían notablemente. En el modelo de Shapley, nuestra galaxia tenía un tamaño bastante grande, al menos 60 kiloparsecs, y el Sol estaba a 20 kiloparsecs de su centro. Las nebulosas espirales estaban ubicadas dentro de nuestra galaxia y eran solo nubes de gas, mientras que Shapley no excluyó que pudieran existir otras galaxias más allá de la visibilidad de los instrumentos modernos [8] . En el modelo de Curtis, el Sol estaba en el centro de una galaxia relativamente pequeña de 10 kiloparsec, y las nebulosas espirales eran sistemas estelares similares a nuestra galaxia [4] [9] .
Para medir la distancia a los cúmulos de estrellas globulares , Shapley utilizó el período de dependencia de la luminosidad de las cefeidas , que se encuentra a partir de las observaciones de estrellas de este tipo en las Nubes de Magallanes . El punto cero de esta dependencia Shapley determinó por las Cefeidas en el disco de la Vía Láctea, la distancia a la que midió utilizando paralajes anuales . También observó que las "cefeidas de los cúmulos globulares", ahora conocidas como variables RR Lyrae , no deberían usarse para la calibración del punto cero. Curtis creía que la dependencia del período y la luminosidad de las Cefeidas de nuestra Galaxia al menos no estaba probada, ya que se habían recopilado muy pocos datos [4] .
Shapley resultó tener razón en que las cefeidas son buenos indicadores de la distancia en general, y la relación período-luminosidad para ellas en la Vía Láctea apareció más tarde. Sin embargo, el punto cero se eligió incorrectamente, con un error de aproximadamente un orden de magnitud, lo que condujo a una sobreestimación triple del tamaño de la galaxia [1] . Curtis tenía razón sobre la falta de datos [4] .
Estrellas en cúmulos globularesShapley creía que las estrellas de los tipos espectrales F , G y K , que observó en los cúmulos estelares globulares, son similares a las estrellas gigantes observadas en la vecindad del Sol, y la magnitud absoluta de las estrellas más brillantes en los cúmulos tiene un promedio de -1,5 a − 2m ._ Estas magnitudes eran consistentes con distancias típicas de cúmulos de 10 a 30 kiloparsecs . Shapley dio varios argumentos: tales estrellas son comparables a las estrellas de clase espectral B en brillo y, en consecuencia, en luminosidad: la magnitud absoluta de este último era conocida y cercana a 0 m . Además, los espectros de las estrellas de clase F-K en cúmulos estaban cerca de los espectros de las estrellas gigantes. Shapley también señaló que en otros sistemas estelares la luminosidad de las estrellas más brillantes es aproximadamente la misma que en su estimación para los cúmulos globulares [8] . Además, Shapley se basó en las ideas de aquella época sobre la evolución de las estrellas , según las cuales las estrellas gigantes primero se contraen y se calientan, se convierten en estrellas enanas y comienzan a enfriarse, por lo que se determinaron los parámetros de las estrellas gigantes. Shapley argumentó que solo las grandes distancias a los cúmulos globulares eran consistentes con esta teoría [4] [7] [10] .
Curtis afirmó que las estrellas de estas clases espectrales tenían una luminosidad comparable a la de las estrellas enanas cercanas al Sol. En este caso, las distancias a los cúmulos serían de 1 a 2 kiloparsecs. Curtis argumentó esto por el hecho de que en la vecindad del Sol la magnitud estelar absoluta de las estrellas de clase F-K promediaba +4 m y señaló que la proporción de estrellas gigantes entre todas las estrellas es muy pequeña. Además, Curtis señaló una discrepancia en los argumentos de Shapley: en la vecindad del Sol, las estrellas azules más brillantes eran más brillantes que las rojas más brillantes, y en los cúmulos, según Shapley, la situación era la opuesta [4] [7] [8] .
En general, resultó que Shapley estaba justo aquí: con el nivel de tecnología de observación de esa época, era imposible ver estrellas enanas en cúmulos. Sin embargo, el comentario de Curtis sobre las luminosidades de las estrellas azules y rojas era correcto, y encontró una explicación solo después de que Walter Baade descubriera la existencia de dos poblaciones estelares . Además, las ideas sobre la evolución de las estrellas, en las que se basó Shapley, ahora se rechazan [4] .
Medición de distancias a partir de los espectros de estrellasShapley creía que la luminosidad de las estrellas se puede estimar a partir de la forma de sus espectros., y por lo tanto medir las distancias a ellos. Curtis argumentó que este método solo puede usarse para estrellas a distancias inferiores a 100 parsecs, donde fueron calibradas. En este punto, Shapley generalmente tenía razón [4] .
Método de conteo de estrellasCurtis argumentó que los resultados de la aplicación del método de conteo estelar indican directamente el pequeño tamaño de nuestra Galaxia. Creía que la absorción interestelar no distorsionaba estos resultados de ninguna manera, ya que, en su opinión, el polvo de la Galaxia estaba fuera del disco estelar. Shapley no comentó sobre este tema, ya que su método de medición de distancias estaba asociado con los cúmulos globulares, pero creía que la extinción interestelar no existía en absoluto, o era insignificante. De hecho, la absorción interestelar también está presente en el disco, lo que fue confirmado por Robert Julius Trumpler en 1930 [2] [4] .
Sobre la base de las observaciones de nuevas estrellas en la Vía Láctea y en nebulosas espirales, Shapley argumentó que estas últimas no pueden estar fuera de nuestra Galaxia, ya que la luminosidad de las nuevas estrellas en ellas con el brillo observado sería demasiado alta. Curtis sugirió que las novas podrían dividirse en dos tipos con diferentes luminosidades: señaló que algunas "novas" eran significativamente más brillantes que otras, como la nova Tycho Brahe en comparación con otras novas en nuestra galaxia, o S Andromedae en comparación con otras nuevas en la galaxia de Andrómeda , por lo que sería posible encontrar nebulosas espirales fuera de nuestra galaxia. Curtis resultó tener razón: la clase de objetos que denominó nuevas estrellas más brillantes ahora se conocen como supernovas [4] .
Shapley también propuso un mecanismo incorrecto para los estallidos de nova: creía que los estallidos de nuevas estrellas ocurren cuando una estrella entra en una nebulosa y está rodeada por su materia. Shapley demostró que tal modelo explica varios estallidos de nuevas estrellas por año en la galaxia, pero Curtis refutó esta teoría, mostrando que en el modelo de Shapley en la galaxia de Andrómeda, debido a tal mecanismo, las nuevas estrellas podrían brotar una vez cada 500 años. mientras que varios arrebatos de este tipo ya se han descubierto durante 20 años [4] .
Distribución de nebulosas espirales en el cieloAmbos participantes en la discusión sabían que las nebulosas espirales no se observan cerca del plano de la Galaxia . En el modelo de Shapley, que suponía que las nebulosas espirales están en nuestra Galaxia, esto no suponía ningún problema: su ausencia en el plano de la Galaxia no planteaba más cuestiones que, por ejemplo, la concentración de estrellas OB en este plano . El modelo de Curtis sugería que las nebulosas espirales eran objetos externos, por lo que su evitación del plano galáctico requería una explicación. El mismo Curtis creía que esto podría deberse a la presencia de polvo alrededor del disco de la Vía Láctea, que absorbe la luz. Esta explicación resultó ser correcta, aunque en realidad el polvo no rodea el disco de la Galaxia, sino que se encuentra en él [4] .
Altas velocidades radiales de nebulosas espiralesEn el momento del Gran Debate, se sabía que las nebulosas espirales tienen velocidades radiales muy altas , mucho más altas que las velocidades radiales de las estrellas. Shapley, en el marco de su modelo, las explicó por la presión de la radiación de la Vía Láctea, pero posteriormente se demostró que la presión de la radiación era completamente insuficiente para dispersar las nebulosas a tales velocidades. Curtis no ofreció un mecanismo específico en su modelo, sino que solo asumió que las altas velocidades radiales son una propiedad intrínseca de las nebulosas. Posteriormente se demostró que las velocidades radiales de las galaxias se deben a la expansión del Universo [3] [4] .
Parámetros de las nebulosas espiralesShapley señaló que la distribución del brillo de la superficie y los índices de color en las nebulosas espirales difieren de los de la Vía Láctea, y el brillo de la superficie en el centro de las nebulosas es mucho mayor que en cualquier punto de la Vía Láctea. Esta observación era correcta, pero Shapley, ignorando la extinción interestelar, la interpretó erróneamente como evidencia de que las nebulosas espirales no podían ser como la Vía Láctea [8] . Curtis no comentó sobre este argumento, pero al mismo tiempo señaló que los espectros y los índices de color de las nebulosas espirales son similares a los de los cúmulos estelares. De esto dedujo correctamente que las nebulosas espirales podrían ser cúmulos de estrellas más grandes. Curtis también señaló correctamente que las "nebulosas espirales" no encajan en la teoría de la evolución estelar de ninguna manera, y no pueden ser ni su etapa inicial ni su resultado final [4] .
Rotación observada de nebulosas espiralesShapley se refirió a los resultados de Adrian van Maanen , quien afirmó haber observado la rotación de nebulosas espirales. Dada la magnitud del movimiento propio de las secciones de la nebulosa que afirmaba van Maanen, una gran distancia a ellas correspondería a velocidades lineales superiores a la velocidad de la luz , por lo que Shapley concluyó que las nebulosas se encuentran en el interior de la Galaxia. Curtis no confiaba en los datos y dijo que no era posible medir con precisión el movimiento propio de objetos difusos de menos de 0,1 segundos de arco por año durante menos de 25 años de observaciones. De hecho, la rotación descubierta de las galaxias resultó ser errónea, y Shapley posteriormente admitió que creía en van Maanen debido a su amistad [3] [4] .
Shapley argumentó que el centro de la Galaxia coincide con el centro de su sistema de cúmulos de estrellas globulares; de ahí se deduce que el sistema solar está a una distancia considerable del centro de la Galaxia. Al mismo tiempo, Shapley creía que el Sol está en el centro de una pequeña "nube" de estrellas en la Galaxia, lo que crea la ilusión de que el Sol está en el centro de toda la Galaxia. Curtis, por su parte, creía que el Sol estaba en el centro de la Galaxia y supuso que precisamente por esta posición en la Vía Láctea no era posible ver brazos espirales , cuya existencia Curtis no descartó. , aunque no pudo confirmarlo. En este asunto, Shapley resultó tener razón, aunque no tuvo en cuenta la influencia de la extinción interestelar [4] [8] .
Ambos participantes en el Gran Debate resultaron tener parte de razón, pero inmediatamente después de que terminó, cada uno creyó que era el ganador de la discusión. Así, en cuestiones del tamaño de la Galaxia y la posición del Sistema Solar en ella, Shapley resultó estar más cerca de la verdad, y en cuestiones relacionadas con las nebulosas espirales, Curtis tenía razón. Mediciones posteriores más precisas de nuestra galaxia mostraron que su diámetro es de 30 kiloparsecs, y el Sol está a una distancia de 8 kiloparsecs de su centro. Las nebulosas espirales resultaron ser sistemas estelares distantes similares a nuestra propia Galaxia; ahora se las conoce como galaxias espirales [4] [11] .
Poco después del Gran Debate, los astrónomos básicamente acordaron que el Sol no estaba en el centro de la Galaxia. La cuestión de la naturaleza de las nebulosas espirales se resolvió en 1925, cuando Edwin Hubble leyó un informe sobre los resultados de las observaciones de las cefeidas en las nebulosas espirales. Por ejemplo, la distancia a M 33 , según la estimación del Hubble, era de 285 kiloparsecs, lo que excedía significativamente el tamaño de la Galaxia incluso según la estimación sobreestimada de Shapley. Teniendo en cuenta los tamaños angulares de las nebulosas, quedó claro que los tamaños lineales de estos objetos son comparables con los tamaños de nuestra Galaxia [4] [5] .