¿Qué es la radioastronomía?


¿Qué es la radioastronomía?
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La astronomía es una ciencia que estudia la luz de los objetos celestes, no importa si están cerca –como la Luna, que refleja la luz del Sol–, o distantes –como la luz de las primeras galaxias del Universo–. Los diferentes tipos de luz nos permiten analizar distintos objetos, por eso resulta muy importante entender un poco mejor qué es.

La luz es una onda electromagnética, es decir, una onda que viaja por el espacio y tiene cierta energía. Para distinguir los diferentes tipos de luz o de ondas electromagnéticas, utilizamos el término longitud de onda.

Si pensamos en la forma que tiene una onda (ver figura 1), la distancia entre dos de sus crestas es lo que llamamos longitud de onda. Cuando ésta es muy grande, la energía que lleva la luz es más baja que cuando la longitud de onda es muy pequeña.

Para distinguir a los diferentes tipos de ondas electromagnéticas se usan términos que las agrupan dependiendo del tamaño de la longitud de onda que tienen. Así, el espectro electromagnético es el conjunto de todas las ondas electromagnéticas de diferentes tamaños. Las ondas electromagnéticas que mejor conocemos son las de la luz visible, el único tipo que nuestros ojos pueden detectar. Hay muchas ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda más grandes o más pequeñas que las de la luz visible, sólo que no las podemos ver.

Los distintos grupos de ondas electromagnéticas (ver figura 2) se dividen en:

  1. Rayos gamma: Es el tipo de luz más energético que conocemos; es decir, sus ondas son las de menor longitud, menores que 10 picómetros -al menos 100 millones de veces más pequeñas que un milímetro–.
  2. Rayos X: Son menos energéticos que los rayos gamma. Sus longitudes de onda están entre los 10 picómetros y 10 nanómetros –entre 100 millones y 100 mil veces más pequeñas que un milímetro–.
  3. Rayos ultravioleta: Están por arriba de la luz visible en términos de la cantidad de energía que transportan. Sus longitudes de onda están entre 10 nanómetros y 400 nanómetros -entre un millón de veces y 4 mil veces más pequeñas que un milímetro–.
  4. Luz visible: Abarca las ondas electromagnéticas que el ojo humano es capaz de detectar. Sus longitudes de onda están entre los 400 y los 740 nanómetros –entre cuatro mil y 7,400 veces más pequeñas que un milímetro–.
  5. Luz infrarroja: Son las que le siguen en energía a la luz visible, es decir, tienen longitudes de onda más grandes de las que nuestros ojos pueden ver. Sus longitudes de onda están entre los 740 nanómetros –7,400 veces más pequeñas que un milímetro- y un milímetro.
  6. Microondas: en este caso las longitudes de onda van de un milímetro a 30 centímetros. Nos suenan conocidas porque justamente son el tipo de ondas que utilizan los aparatos de microondas que usamos para calentar comida.
  7. Ondas de radio: son el tipo de ondas electromagnéticas de menor energía. Sus longitudes de onda van desde los 30 centímetros y pueden llegar hasta los miles de kilómetros. También nos suenan conocidas porque son utilizadas por las estaciones de radio para transmitir sus señales.

No es un capricho de los astrónomos querer observar el universo en diferentes longitudes de onda, cada una de ellas nos da información distinta. Por ejemplo, en la figura 3 hay imágenes obtenidas a diferentes longitudes de onda (radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma) de un mismo objeto, la Nebulosa del Cangrejo, La Nebulosa del Cangrejo es una remanente de supernova, es decir, los restos de una explosión de supernova. Hay estrellas mucho más masivas que nuestro Sol; cuando llegan al final de sus vidas expulsan por medio de un estallido muy violento la mayor parte del gas que las conforma. Ésta nebulosa nació en el año 1052 y fue observada por astrónomos chinos. En el siglo XX, gracias a los telescopios modernos, se pudo ver lo que quedó de esa estrella y a diferentes longitudes de onda.

En ondas de radio podemos ver las partículas cargadas del gas que se mueven por los campos magnéticos presentes en él, en infrarrojo vemos el polvo presente en la nebulosa, en luz visible vemos una especie de hilos de gas que se encuentran a muy altas temperaturas. En ultravioleta y rayos X se observa el disco de gas alrededor de la estrella de neutrones que quedó de la explosión y los chorros de material que salen de ese disco. Finalmente, en rayos gamma sólo vemos la parte central cuyas temperaturas son más altas. Con esta imagen queda claro que, para tener la información completa sobre este objeto, es indispensable observarlo a diferentes longitudes de onda.

Para poder detectar ondas electromagnéticas tan distintas se requiere de instrumentos adecuados, es por eso que los astrónomos utilizan telescopios construidos específicamente con esta finalidad.

En particular, si se quiere observar microondas y ondas de radio, dentro de las que se incluyen las ondas milimétricas y sub-milimétricas, se utilizan antenas de radio o radiotelescopios. Los radiotelescopios son antenas metálicas muy grandes capaces de captar ondas de radio y convertirlas en una señal digital (ver figura 4).

Como pasa con todas las ondas electromagnéticas distintas a la luz visible, nuestros ojos no pueden ver las ondas de radio. ¿Cómo podemos obtener, entonces, una imagen con ondas de radio? Lo que hace el radiotelescopio es medir cuánta luz de ondas de radio proviene de cada punto en el espacio. Después se procesa esta información para crear una imagen, en la cual se puede apreciar qué tanta luz de radio viene de cada punto. Es como una fotografía en blanco y negro, en donde el blanco representa mucha luz y negro representa poca (ver figura 5).

Otro punto interesante para tomar en cuenta cuando se habla de telescopios es el tamaño que estos deben tener, el cual depende de dos cosas, principalmente, con qué tanto detalle queremos observar algo y en qué tipo de luz lo vamos a hacer.  Para ver objetos más pequeños (o lejanos) necesitamos construir telescopios cada vez más grandes. Por otro lado, si el objeto es del mismo tamaño en diferentes longitudes de onda, requeriremos un telescopio más grande, cuanto mayor sea la longitud de onda que queramos utilizar. En el caso de los radiotelescopios, necesitamos antenas enormes para poder observar objetos que se ven fácilmente en luz visible con telescopios pequeños.  

Por ejemplo, con un telescopio de un metro de diámetro observando en color violeta (luz visible) podríamos distinguir el Zócalo de la Ciudad de México en la Luna. Si usamos un radiotelescopio de 65 metros de diámetro en longitud de onda de cinco centímetros, apenas y podríamos distinguir la isla de Irlanda.

Como se vuelve muy complicado construir antenas de radio tan grandes, los astrónomos usan una técnica que se llama interferometría que consiste en utilizar muchos radiotelescopios de menor tamaño para “simular” un telescopio enorme. Todas las antenas observan un mismo objeto simultáneamente, las señales que cada una de ellas detecta se procesan para poder combinar su información y generar una única imagen con mucha mayor resolución que si se usaran independientemente. La imagen resultante correspondería a una hecha con un telescopio cuya antena fuera del tamaño de la distancia que separa a las dos antenas más distantes entre sí.

El observatorio ALMA (Atacama Large Millimiter/Submillimeter Array) en Chile (ver figura 6), es un interferómetro que observa en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Consta de 66 antenas y la distancia máxima entre dos de ellas ¡es de 16 kilómetros! Con éste se ha podido observar, por ejemplo, discos que se crean alrededor de estrellas en formación y dentro de los cuales se cree nacen los planetas.

La cosa no termina ahí. Los astrónomos han llevado la idea de interferometría al límite, usando antenas en diferentes países para tener un telescopio del tamaño de la Tierra. Esta técnica se conoce como interferometría de muy larga base (VLBI, por sus siglas en inglés). México participa en este proyecto internacional con el Gran Telescopio Milimétrico que se encuentra en Puebla (ver figura 4). Uno de los resultados más impresionantes obtenidos hasta la fecha gracias a este arreglo fue la primera imagen de un agujero negro súper masivo en el centro de la galaxia M87, en el proyecto del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT por sus siglas en inglés), (ver figura 7).

La radioastronomía es una disciplina que ha crecido mucho en los últimos años. Se espera que en el futuro cercano radiotelescopios e interferómetros como el GTM, el EHT o ALMA sigan produciendo resultados impresionantes. ¡Mantente atento!

 

¿Qué es la radioastronomía?
Anahí Caldú Primo

Cursó la carrera de Física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Es maestra en Astronomía por el Instituto de Astronomía de la UNAM. Posteriormente realizó su investigación doctoral en el Instituto Max Planck de Astronomía y obtuvo su grado en 2011 por parte de la Universidad de Heidelberg. Como parte de su doctorado publicó 6 seis artículos de investigación. Fue Jefa del Área de Comunicación de la Ciencia del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM en donde estuvo trabajando hasta enero de este año. Actualmente, forma parte de la Coordinación de Comunicación de la Ciencia del Conacyt, en donde se encuentra a cargo de la Dirección de Comunicación de la Ciencia. 

 

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