Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

1

ASTRONOMIA EN OTRAS REGIONES ESPECTRALES

En cierto sentido, el universo podría compararse con Jano, el Dios romano de las dos caras, con la salvedad de que el cosmos posee múltiples semblantes; pero para ver cada una de estas distintas caras se hace necesario extender nuestra percepción, ver la luz que la naturaleza no nos ha concedido

La evolución ha dotado a los organismos terrestres con un sistema de visión sensible a una región muy estrecha del espectro electromagnético, centrada en la región de emisión máxima del sol; pero la apariencia de los objetos celestes es muy diferente dependiendo en que longitudes de onda se observen; cada una de las regiones espectrales más importantes nos muestran una visión del cosmos distinta, y es corriente que los objetos más destacados en unas longitudes de onda sean invisibles en otras.

Cada uno de los diversos aspectos del universo proporciona información sobre la constitución y condiciones físicas de los astros, información que, a menudo, no se pueden obtener en otras frecuencias. La causa de ellos es que los mecanismos físicos que predominan en cada una de las regiones del espectro son completamente distintos; en los rayos gamma por ejemplo, se observa procesos de emisión por núcleos atómicos excitados, mientras que en las ondas de radio la emisión suele ser debida a la aceleración de los electrones en el interior de un campo magnético.

Desde la invención del telescopio en el siglo XVII, los astrónomos han ido expandiendo su capacidad de observación del universo, tanto por lo que se refiere a la mejora de medios ópticos de observación como a la exploración de nuevas ventanas espectrales, esto último ya bien entrado el siglo XX. En todos los casos, sin excepciones hasta el momento, la apertura de una de estas ventanas al universo ha producido descubrimientos relevantes, en muchas ocasiones completamente inesperados. Tal es el caso del descubrimiento de los pulsares o de la radiación de fondo cosmológica, que no solo ha tenido repercusiones en el campo de la astronomía, sino incluso en la visión que la humanidad tiene de sí misma y de sus orígenes.

LAS REGIONES RADIOELECTRICA E INFRARROJA

Todo empezó en 1930; aquel año los laboratorios BELL encargaron al joven ingeniero de telecomunicaciones Karl Jansky que estudiara el origen de las interferencias que plagaban las comunicaciones por radio a través del Atlántico. Para ello, Jansky construyo una antena muy direccional. Rápidamente, descubrió que la fuente más importante de radiointerferencias eran las tormentas tropicales en el golfo de México

Pero aún existía alguna otra fuente de ruido radioeléctrico, algo que Jansky no era capaz de asociar con ningún fenómeno conocido. La pista que lo puso en la corrección correcta era la periocidad en la aparición de las interferencias: 23 horas 56 minutos, el periodo de rotación de la tierra, con la ayuda de un mapa celeste determino que la aparición de las interferencias

Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

2

coincidía con la salida por el horizonte de la constelación de sagitario; sin saberlo Jansky fue el primer hombre que había detectado señales procedentes del centro de la galaxia.

Por desgracia, poco después de su divulgación, el trabajo de Jansky fue olvidado por todo el mundo salvo por el radioaficionado norteamericano Grote Reber, que con una antena parabólica construida por el mismo, y un verdadero arsenal de paciencia, se dedicó a hacer un mapa del cielo en frecuencias de radio. Este trabajo, efectuado en solitario y sin ningún tipo de subvención, lo convirtió en el pionero de la radioastronomía.

La segunda guerra mundial, con toda su carga de crueldad y sufrimiento, permitió realizar unos avances en los campos de la electrónica y las comunicaciones que difícilmente habrían sucedido en tan pocos años en un periodo de paz. Las necesidades de la guerra obligaron a inventar dispositivos como el radar y a mejorar

Fuentes: http://www.astro.iag.usp.br/~thais/aga414_files/Radio_10.pdf

Sistemas de comunicación.

Tras la guerra, decenas de toneladas de material electrónico y de comunicaciones quedaron en disposición de quienes pudieran darles un uso razonable. En este caso se encontraron muchos astrónomos que se hicieron con radares y antena para retomar el trabajo de Jansky y Reber, pero con unos medios técnicos muy superiores. Así se fundaron observatorios míticos, como el de Jodrell Bank.

En pocos años el universo mostro a los científicos una de sus muchas caras escondidas; explosiones monstruosas en el sol (ya habían sido detectadas durante la guerra, pero fueron clasificados como secreto, debido a su impacto negativo en los sistemas de radar y comunicaciones) la observación de meteoros y la exploración de la superficie de los planetas por medio de sistemas de radar, la estructura de la galaxia, el universo extra galáctico, la radiación de fondo cosmológica y muchas otras maravillas, fueron estudiadas en buena parte gracias al uso de la tecnología bélica, lo que demuestra que la tecnología no es intrínsecamente mala; solo se puede aplicar esa clasificación moral a los usos que se hagan de ella.

La radioastronomía se está mostrando como uno de los campos de investigación más agiles en este inicio de siglo. Sus descubrimientos resultan de gran relevancia incluso para temas aparentemente tan lejanos de la astronomía como el problema del origen de la vida en la tierra. Desde los inicios de la radioastronomía se detectó la emisión de las moléculas que componen el medio interestelar; pero pocos podían imaginar lo asombrosa complejidad de la

Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

3

química interestelar, que incluye muchas moléculas orgánicas, entre las cuales se encuentran algunas de las que forman la base de la química de la materia viva de nuestro planeta.

En la actualidad, el observatorio radioastronómico más importante es, sin duda alguna, el Very Large Array (VLA, red muy grande), que emplea una técnica muy especial, denominada interferometria, mediante la cual se combinan las señales recibidas por varias antenas separadas. La resolución de cada una de las antenas por separado es moderada; pero cuando se usa una combinación de varias antenas, la resolución del sistema es equivalente a la de una antena de un diámetro mucho mayor, en realidad de un diámetro igual a la separación máxima entre las antenas, en el caso de la VLA las antenas están dispuestas en forma de Y, y la separación máxima entre las antenas de los extremos opuestos es de unos 37 kilómetros.

Fuentes: http://www.radio-sky.ru/review_telescopes10.php

Así se obtienen resoluciones angulares de unas pocas centésimas de segundo de arco.

La interferometria se ha llevado al límite por medio de convenios entre diferentes países, por los cuales se ha acordado el uso de una combinación de radiotelescopios dispuestos en diferentes continentes. El resultado final posee la misma resolución angular que una antena de un diámetros similar al de la tierra, es decir del orden de milésima de segundo de arco. En los últimos años se empieza a superar el límite impuesto por el tamaño de la tierra; para ello se están construyendo satélites que transportaran antenas que se sitúan en órbita terrestre, con lo que se incrementa la distancia máxima entre puntos de observación. En principio, la misma técnica de interferometria es aplicable a los instrumentos ópticos. La razón para la cual

Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

4

a un no exista ningún interferómetro óptico astronómico radica básicamente en la dificultad de conocer la separación entre los telescopios con la elevada precisión requerida para utilizar los medios interferómetros. Un problema añadido, que en el espectro radioeléctrico no se presenta, es debido a los efectos distorsionadores de la atmosfera.

Fuentes: http://sirrah.troja.mff.cuni.cz/~mira/astronomie/Astrofyzika/astrodal/obrtel.html

Esto ha llevado a proponer que el emplazamiento natural para un interferómetro óptico es el espacio. Aun así, se espera que en el futuro cercano los telescopios Keck I y II, los mayores telescopios ópticos del mundo, actúen como un interferómetro óptico, así como el conjunto de telescopios europeos VLT, con estos avances, se hizo uso de la segunda de las 3 ventanas atmosféricas disponibles. La restante la infrarroja, tardo algo más en ser empleada. De hecho aún hoy es una ventana poco usada; la razón se debe buscar en su relativa estrechez, junto con los problemas impuestos por la atmosfera, que afecta intensamente a esta región. Los telescopios infrarrojos se sitúan en regiones en las que la humedad del aire es muy baja, pues la molécula de agua es en extremo eficaz absorbiendo la radiación infrarroja. Las soluciones buscadas son muy ingeniosas, como situar los telescopios infrarrojos en la Antártida o incluso en un avión, el observatorio aerotransportado KUIPER, de la NASA.

Los problemas asociados a la atmosfera plantearon la posibilidad de enviar al espacio un satélite especialmente dedicado a la observación en infrarrojo. En 1983 se lanzó el satélite

Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

5

IRAS (Infra Red Astronomical Satellite) que constituyo un rotundo éxito. Consistía en un telescopio de 57 cm de diámetro con varios detectores infrarrojos; para evitar que la propia emisión infrarroja del telescopio impidiera las observaciones, todo instrumento estaba refrigerado por helio liquido hasta una temperatura de 2 o 3 kelvin; el agotamiento de las reservas de helio impidió mantener el control de la temperatura y la misión termino tras poco menos de un año de funcionamiento, durante los pocos meses que duró la misión, el IRAS pudo hacer la primera observación de toda la bóveda celeste, así como estudiar con detenimiento regiones de especial interés. En años recientes, un nuevo satélite, el ISO (Infrared Space Observatory) obtuvo también resultados espectaculares, el telescopio que embargaba el ISO era solo un poco mayor de 60 cm de diámetro, pero contaba con detectores mucho más refinados que los del IRAS. Su sistema criogénico también a base de helio líquido, estaba diseñado para poder permitir una vida útil de 18 meses, la cual se superó ampliamente.

Por su parte la NASA ha decidido sustituir el observatorio aerotransportado KUIPER por un nuevo sistema, bautizado SOFIA, que incorpora un telescopio de mayor abertura. En los próximos años de espera que empiecen las pruebas de vuelo.

ASTRONOMIA DE ALTAS ENERGIAS

El resto de regiones del espectro, específicamente la de las altas energías, ultravioleta, rayos X y gamma, tuvieron que esperar el desarrollo de la astronáutica para empezar sus andaduras pues, como ya sabemos. La atmosfera es completamente opaca a este tipo de radiación. La astronáutica otro beneficio de los derivados de la segunda guerra mundial, permitió poner observatorios astronómicos en el espacio, mas allá de los efectos perturbadores de la atmosfera, especialmente de la absorción de la radiación energética por las moléculas atmosféricas. A partir de 1945, todas las caras del universo estuvieron a disposición de la humanidad.

Los primeros experimentos de astronomía en ultravioletas y rayos X se realizaron por medio de cohetes sonda, al principio meros misiles alemanes V-2 modificados. Aunque los vuelos duraban solo unos pocos minutos, los astrónomos pudieron observar el sol y otros objetos celestes, demostrando que hay razones objetivas para empezar proyectos astronómicos más ambiciosos en estas regiones espectrales. Fruto de ello, fueron lanzados satélites que hicieron historia, como Einstein, Uhuru, IUE y Compton. Sus observaciones han permitido estudiar desde otra perspectiva objetos conocidos y, aún más interesantes, hallar objetos extraños, inimaginables antes de ser descubiertos.

El satélite más importante en la región ultravioleta es, con toda seguridad la IUE (International Ultraviolet Explorer), que supero más de 15 años de vida útil de tres años prevista en el diseño dela misión. Durante esos casi 19 años, el satélite obtuvo espectros de alta resolución de la emisión ultravioleta de multitud de objetos, como supernovas, novas o galaxias activas. Por fin en 1996, La IUE fue desconectada por razones presupuestarias, aunque su funcionamiento continuaba siendo satisfactorio. En la actualidad dos telescopios especiales con capacidad para observar en ultravioleta; uno es el satélite EUVE, que observa la región de los UV más energéticos; el otro es el colosal telescopio Hubble.

Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

6

Fuentes: http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion/art-difu-21.htm

Hoy en día, la astronomía gamma y X presenta un serio problema debido a la baja resolución de los detectores que transportan los satélites. En este campo de la astronomía, una resolución angular de medio grado es considerada como muy satisfactoria. En este estado de cosas, se complica enormemente la identificación en otras longitudes de onda de la fuente gamma y X más interesantes. No obstante, los nuevos satélites (como el XMM de la ESA) poseen resoluciones mucho mejores.

Existe una posibilidad para mejorar la precisión de las posiciones de la fuente gamma y X, pero solo vale para aquellas que son eclipsadas por la luna. Determinando el instante exacto del eclipse, es sencillo reducir mucho la incertidumbre original, pues la posición de la fuente ha de coincidir con la del borde de la luna en el instante del eclipse. De hecho, esa misma técnica se empleó en los orígenes de la radioastronomía, cuando la resolución de los telescopios era mucho peor que la actual.

Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

7

Otros dos problemas asolan la astronomía gamma y X; uno es debido al pequeño número de fotones de estas energías que se reciben, que impone tiempos de integración muy largos; el otro es un problema de contaminación, aunque en este caso no sea artificial, debido al ruido causado por protones, electrones y rayos cósmicos de alta energía que interactúan con los detectores produciendo señales muy similares a las debidas a la detección de un fotón de alta energía.

Fuentes: http://www-revista.iaa.es/35/leyendo-entre-l%C3%ADneas-i

El dispositivo necesario para discriminar entre los rayos gamma y el ruido determina un severo incremento en la masa del detector, factor de gran importancia en los observatorios espaciales debido a la limitada capacidad de los cohetes lanzadores.

Actualmente se pude decir que se ha explorado casi todo el espectro electromagnético. Si acaso, una de las pocas regiones que aún no se han investigado satisfactoriamente es la de la radio de ondas extra largas, con longitudes de onda de un kilómetro o más. En esta región se deben observar fenómenos asociados a nubes de plasma, aunque, como ha ocurrido con todas las otras, es muy probable que esta porción del espectro esconda alguna sorpresa. Por desgracia, los electrones del viento solar crean una especie de ionosfera que refleja las ondas de esta región; los astrónomos tendrían que alejarse mucho del sol antes de poder estudiar cómodamente las radiaciones a estas longitudes de onda.

Emanuel AcostaAstronomía en otras regiones espectrales

8

BIBLIOGRAFIA

Cornell, J. y Gorenstein, P., Astronomy from space, The MIT Press (1983).

Aunque algo envejecida esta es una Buena referencia para internarse en el fascinante mundo de la astronomía desde el espacio, especialmente en regiones de alta energías.

Falque, J. C. y Humbert-Droz Swezey, A., Gran Atlas del Espacio, S.A. Ebrisa (1988). Las secciones de astronomía desde el espacio entretienen e informan a la vez, pero son muy escuetas.

Giménez Cañete, A. y Castro-Tirado, A., Astronomía X, Ed. Equipo Sirius (1998). Compendio histórico y científico, a nivel divulgativo, sobre la exploración del universo con rayos X.

Kellermann, K . y Sheets, B., Serendipitous Discoveries in Radio Astronomy, Ed. National Radio Astronomy Observatory (1983). Es un libro muy recomendable, con abundantes anecdotas de primera mano sobre los inicios de la radioastronomía.

Narlikar, J., Fenómenos violentos en el Universo, Alianza Universidad (1987). Un interesante libro que repasa el universo visto en Altas energías.