El famoso dicho “una imagen dice más que mil palabras” seguramente tiene su origen en el hecho de que lo que registramos con nuestros ojos deja mayor impresión que cualquier otra señal. Sin embargo, lo que vemos es solo una porción de la realidad, y no nos referimos a los límites de nuestra visión debido al brillo de los objetos que se encuentran a grandes distancias o a que son muy pequeños; nos referimos a tipos de luz que nuestros ojos no pueden detectar ya que están limitados a detectar una porción muy pequeña del espectro electromagnético.
La Vía Láctea observada en diferentes frecuencias. Imagen tomada de https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l8_p6.html
Debemos recordar que la luz es una onda electromagnética. El espectro total de las ondas electromagnéticas está dividido en regiones con diferentes frecuencias o longitudes de onda. Así, tenemos la región de radio, microondas, infrarrojo (IR), luz visible (óptico), ultravioleta (UV), rayos X y rayos gamma. Las longitudes de onda mayores son para el radio (de hasta kilómetros), más cortas para la luz en el óptico (milésimas de milímetro) y mucho más cortas para rayos gamma (millonésimas de milímetro).
William Herschel descubrió la luz infrarroja, mientras que Heinrich Hertz generó y detectó ondas de radio en 1888, cuya existencia había sido predicha por James Clerk Maxwell un cuarto de siglo antes de que se detectaran. Por otro lado, en 1895, Wilhelm Roentgen detectó un tipo de radiación desconocida, al grado que la llamo “X”, y que podía revelar detalles, especialmente los huesos, dentro del cuerpo humano.
Pronto se reconoció que mientras el IR y el radio estaban en un extremo del espectro electromagnético, más allá del rojo, los rayos X estaban al otro lado, más allá del UV.
Sin embargo, estos descubrimientos no fueron inmediatamente aprovechados por los astrónomos, principalmente porque, infortunadamente, la atmósfera no permite el paso de la mayor parte de la radiación, y afortunadamente también, ya que el UV y la radiación más energética podría haber inhibido la vida en el planeta.
Esta “opacidad” de la atmósfera dificulta el estudio de la radiación, que proviene de los objetos celestes, con frecuencias fuera de la banda visible, y del radio. De tal manera que para observar otras regiones diferentes a éstas, con excepción de unas ventanas muy angostas en el IR, es necesario salir de la atmósfera, colocar telescopios con sus detectores en globos a gran altura, en cohetes sonda o en satélites artificiales.
El Hubble
Sin duda, de las misiones más exitosas ha sido el Telescopio Espacial Hubble, que acaba de cumplir 25 años, que fue enviado al espacio y ha sido una piedra angular para la astronomía actual. No solo realiza observaciones de alta resolución, sino que tienen acceso a las regiones UV e IR del espectro.
Con un espejo primario que parece modesto, 2.4 metros de diámetro, había obtenido hasta julio de 2011 más de un millón de observaciones, con las que se han publicado más de 10 mil artículos científicos.
El Hubble ha impactado en diversas áreas de la astronomía, desde el sistema solar, planetas extrasolares, estrellas, nebulosas, galaxias y el universo mismo, llegando a las fronteras cósmicas.
ROSAT
Debo dedicar un poco de espacio a un satélite de rayos X, ROSAT (Röntgen Satellite), que fue lanzado en 1990 y duró hasta 1999, ya que identificando en el óptico fuentes detectadas con este satélite es que realicé mi tesis doctoral. Las observaciones se llevaron a cabo con el telescopio de 2.12 metros de diámetro del Observatorio Astronómico Guillermo Haro, localizado en Cananea, Sonora. La resolución espacial del telescopio no permite una identificación directa de las fuentes de rayos X, así que es necesario observar varios objetos en el óptico alrededor de las coordenadas de cada fuente ROSAT para determinar la naturaleza del objeto.
Conocer el cielo en rayos X es muy importante, ya que para que se generen rayos X se requiere que haya condiciones ambientales extremas. Los rayos X tienen longitudes de onda muy cortas, son mucho más energéticos que la luz visible, por lo que se requiere considerablemente mucha más energía para producirlos. El cielo en rayos X es como “fuegos artificiales perpetuos en patrones siempre cambiantes”. Binarias interactuantes, enanas blancas, supernovas, galaxias activas, cúmulos de galaxias, emiten y son estudiados en estas frecuencias.
Este observatorio de rayos X fue principalmente un programa propuesto por el Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE), diseñado, construido y operado en Alemania, pero que se llevó a cabo en colaboración con los Estados Unidos y el Reino Unido. Ha sido también uno de los satélites exitosos en astronomía.
Otras bandas
Hay muchos casos de éxito en otras bandas, por ejemplo, en el UV se puede estudiar la composición y estado del material que existe entre las estrellas, el llamado Medio Interestelar, ya que absorbe la radiación UV que viene de objetos celestes. Uno de los desarrollos más importantes fueron las observaciones de vientos intensos en estrellas masivas, cambiando las teorías de evolución estelar que establecían que la masa de las estrellas permanecía constante.
Las observaciones en el UV tienen la ventaja que utilizan instrumentación similar al óptico, sin embargo no son fáciles. Las primeras observaciones se llevaron a cabo con instrumentación a bordo de cohetes y con cámaras portátiles.
En el IR la luz no es dispersada por el medio interestelar, pero sí es absorbida por el dióxido de carbono y el vapor de agua en la atmósfera. Se tiene entonces la ventaja de que se puede observar dentro de nubes densas de polvo y hacia el centro de la galaxia.
Entre las primeras observaciones que se llevaron a cabo en el IR, destacan las de un avión equipado con un pequeño telescopio, el llamado KAO, Kuiper Airbone Observatory. Sin embargo, uno de los satélites más famosos en el IR es IRAS (Infrared Astronomical Satellite) que en los 10 meses de vida que tuvo, escaneó el cielo completo casi tres veces.
Con IRAS se descubrió un nuevo fenómeno llamado infrared cirrus (cirrus infrarrojo), fuentes extendidas y con gran estructura que aún no se entienden completamente. También se detectaron fácilmente objetos en el sistema solar, como los cometas, o la emisión de polvo en regiones de formación estelar.
Entre las frecuencias más difíciles de observar se encuentran los rayos gamma, los detectores son grandes y pesados, sin embargo, varias misiones, desde finales de los 60s han mapeado la distribución de las fuentes gamma en el cielo.
La fuente más brillante en rayos gamma es el pulsar de Vela, lo que resultó sorprendente ya que en otras frecuencias es débil. Otra fuente de rayos gamma es la Nebulosa del Cangrejo, pero la segunda fuente más brillante es la llamada “Geminga”, que en dialecto milanés significa “no está ahí” y que fue posteriormente identificada como una estrella de neutrones.
Actualmente los astrónomos utilizan observaciones en tantas frecuencias como les es posible para determinar la naturaleza de sus objetos de estudio. Estos observatorios en el espacio nos han mostrado otra gran porción de la realidad, y eso sin mencionar las misiones enviadas a otros planetas o cometas, o los viajes a la Luna, todos ellos ejemplos de que vivimos en una época afortunada y espectacular, la de la astronomía en la era espacial.
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