Fronteras para mentes jóvenes

Cuando miras al cielo nocturno, ves las brillantes luces de las estrellas. Si vives en un lugar oscuro y alejado de las ciudades, puedes ver miles de ellas. Pero los puntos individuales que ves son todos estrellas cercanas. Sólo en nuestra galaxia, llamada Vía Láctea, existen unos 100.000 millones de estrellas más. Más allá de la Vía Láctea, los astrónomos creen que existen unos 100.000 millones de galaxias más (cada una con sus propios 100.000 millones de estrellas). Casi todas estas estrellas son invisibles para tus ojos, que no pueden ver la tenue luz de las estrellas lejanas. Tus ojos también se pierden otras cosas. La luz visible que pueden ver tus ojos es sólo una pequeña parte de lo que los astrónomos llaman el «espectro electromagnético», toda la gama de diferentes ondas de luz que existe. El espectro electromagnético también incluye los rayos gamma, los rayos X, la radiación ultravioleta, la radiación infrarroja, las microondas y las ondas de radio. Como los ojos humanos sólo pueden ver la luz visible, tenemos que construir telescopios especiales para captar el resto de ese «espectro», y luego convertirlos en imágenes y gráficos que podamos ver.

¿Qué es una onda de radio?

La luz está formada por pequeñas partículas llamadas «fotones». Los fotones de la luz visible tienen una cantidad media de energía. Cuando los fotones tienen un poco más de energía, se convierten en radiación ultravioleta, que no se puede ver pero que puede provocar quemaduras solares. Con más energía, los fotones se convierten en rayos X, que te atraviesan. Si los fotones poseen aún más energía, se convierten en rayos gamma, que salen de las estrellas cuando explotan.

Pero cuando los fotones tienen un poco menos de energía que los fotones de la luz visible, se conocen como radiación infrarroja. Se pueden sentir como calor. Por último, llamamos «ondas de radio» a los fotones con menos energía. Las ondas de radio proceden de lugares extraños del espacio: los lugares más fríos y antiguos y las estrellas con más material metido en un espacio reducido. Las ondas de radio nos hablan de partes del universo que ni siquiera sabríamos que existen si sólo utilizáramos nuestros ojos o los telescopios que ven los fotones visibles.

Longitud de onda y frecuencia

Los radioastrónomos utilizan estos fotones de radio para conocer el universo invisible. Los fotones viajan en ondas, como si estuvieran montados en una montaña rusa que sólo utiliza los mismos dos trozos de pista una y otra vez . El tamaño de la onda de un fotón -su longitud de onda- nos indica su energía. La figura 1 muestra ondas con dos longitudes de onda diferentes. Si la onda es larga, no tiene mucha energía; si es corta, tiene mucha energía. Las ondas de radio no tienen mucha energía, lo que significa que viajan en grandes ondas con longitudes de onda largas. Las ondas de radio pueden tener cientos de metros o sólo unos centímetros.

Los astrónomos también hablan de cuántas de estas ondas pasan por un punto cada segundo: la «frecuencia» de la onda de radio. Puedes pensar en la frecuencia imaginando un estanque de agua. Si tiras una piedra al agua, las ondas se desplazan por el estanque. Si te pones de pie en el agua, las ondas golpean tus tobillos. El número de olas que te golpean en un segundo te indica la frecuencia de las olas. Una onda por segundo se llama 1 Hertz. Un millón de ondas por segundo es 1 MHz. Si las ondas son largas, te golpean menos por segundo, por lo que las ondas largas tienen frecuencias más pequeñas. Las ondas de radio tienen longitudes de onda largas y frecuencias pequeñas.

Pioneros de la radio

El primer radioastrónomo no pretendía ser el primer radioastrónomo. En 1933, un hombre llamado Karl Jansky trabajaba en un proyecto para los Laboratorios Bell, un laboratorio de Nueva Jersey que llevaba el nombre de Alexander Graham Bell, inventor del teléfono. Los ingenieros estaban desarrollando el primer sistema telefónico que funcionaba a través del Océano Atlántico. Cuando la gente intentó por primera vez hacer llamadas telefónicas con ese sistema, escuchó un silbido de fondo a ciertas horas del día. Los Laboratorios Bell pensaron que ese ruido era malo para el negocio, así que enviaron a Karl Jansky para que averiguara cuál era la causa. Pronto se dio cuenta de que el siseo empezaba cuando el centro de nuestra galaxia salía en el cielo y terminaba cuando se ponía (todo en el cielo sale y se pone igual que el Sol y la Luna). Se dio cuenta de que las ondas de radio procedentes del centro de la galaxia estaban interfiriendo en la conexión telefónica y provocando el silbido. Él -y el teléfono- habían detectado ondas de radio procedentes del espacio. Jansky abrió un nuevo universo invisible. Puede ver una imagen de la antena utilizada por Karl Jansky para detectar las ondas de radio procedentes del espacio en la figura 2.

Inspirado por las investigaciones de Janksy, un hombre llamado Grote Reber construyó un radiotelescopio en el patio de su casa en Illinois. En 1937 terminó el telescopio, que medía 7 metros, y lo utilizó para observar todo el cielo y ver de dónde procedían las ondas de radio. Luego, a partir de los datos que recogió de su radiotelescopio, hizo el primer mapa del «cielo radioeléctrico».

Hablar de radiotelescopios

Usted puede ver la luz visible porque los fotones de la luz visible viajan en ondas pequeñas, y su ojo es pequeño. Pero como las ondas de radio son grandes, tu ojo tendría que ser grande para detectarlas. Por eso, mientras que los telescopios normales tienen unos pocos centímetros o pies de diámetro, los radiotelescopios son mucho más grandes. El telescopio de Green Bank, en Virginia Occidental, tiene más de 90 metros de ancho y puede verse en la figura 3. El Telescopio de Arecibo, en la selva de Puerto Rico, tiene casi 30 metros de diámetro. Parecen versiones gigantescas de las antenas de televisión por satélite, pero funcionan como los telescopios normales.

Para utilizar un telescopio normal, se apunta a un objeto en el espacio. La luz de ese objeto golpea entonces un espejo o lente, que hace rebotar esa luz hacia otro espejo o lente, que a su vez hace rebotar la luz de nuevo y la envía a su ojo o a una cámara.

Cuando un astrónomo apunta un radiotelescopio a algo en el espacio, las ondas de radio del espacio golpean la superficie del telescopio. La superficie -que puede ser de metal con agujeros, llamada malla, o de metal sólido, como el aluminio- actúa como un espejo para las ondas de radio. Las hace rebotar hacia un segundo «espejo de radio», que a su vez las hace rebotar hacia lo que los astrónomos llaman un «receptor». El receptor hace lo mismo que una cámara: convierte las ondas de radio en una imagen. Esta imagen muestra la intensidad de las ondas de radio y de dónde proceden en el cielo.

Visión por radio

Cuando los astrónomos buscan las ondas de radio, ven objetos y acontecimientos diferentes a los que ven cuando buscan la luz visible. Lugares que parecen oscuros a nuestros ojos, o a los telescopios normales, brillan en las ondas de radio. Los lugares donde se forman las estrellas, por ejemplo, están llenos de polvo. Ese polvo impide que la luz llegue hasta nosotros, por lo que toda la zona parece una mancha negra. Pero cuando los astrónomos giran los radiotelescopios hacia ese lugar, pueden ver directamente a través del polvo: pueden ver el nacimiento de una estrella.

Las estrellas nacen en gigantescas nubes de gas en el espacio. Primero, ese gas se agrupa. Luego, debido a la gravedad, más y más gas es atraído hacia la aglomeración. El cúmulo crece cada vez más y se calienta cada vez más. Cuando es lo suficientemente grande y caliente, empieza a chocar los átomos de hidrógeno, los átomos más pequeños que existen. Cuando los átomos de hidrógeno chocan entre sí, forman helio, un átomo ligeramente mayor. Entonces, este grupo de gas se convierte en una estrella oficial. Los radiotelescopios toman imágenes de estas estrellas bebé.

Los radiotelescopios también muestran los secretos de la estrella más cercana. La luz que vemos del Sol proviene de cerca de la superficie, que está a unos 9.000oF. Pero por encima de la superficie, la temperatura alcanza los 100.000oF. Los radiotelescopios nos ayudan a conocer mejor estas partes calientes, que emiten ondas de radio.

Los planetas de nuestro sistema solar también tienen personalidades de radio. Los radiotelescopios nos muestran los gases que se arremolinan alrededor de Urano y Neptuno y cómo se mueven. Los polos norte y sur de Júpiter se iluminan con las ondas de radio. Si enviamos ondas de radio hacia Mercurio, y luego captamos las ondas de radio que rebotan usando un radiotelescopio, podemos hacer un mapa casi tan bueno como el de Google Earth.

Cuando miran mucho más lejos, los radiotelescopios nos muestran algunos de los objetos más extraños del universo. La mayoría de las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. Los agujeros negros son objetos que tienen mucha masa aplastada en un espacio diminuto. Esta masa les proporciona tanta gravedad que nada, ni siquiera la luz, puede escapar a su atracción. Estos agujeros negros se tragan las estrellas, el gas y cualquier otra cosa que se acerque demasiado. Cuando esas cosas desafortunadas sienten la gravedad del agujero negro, primero giran en espiral alrededor de él. A medida que se acerca, va cada vez más rápido. Por encima y por debajo del agujero negro se forman enormes chorros, o columnas, de radiación electromagnética y materia que no llega a entrar en el agujero negro (a veces más altos que la anchura de toda una galaxia). Los radiotelescopios muestran esos chorros en acción (Figura 4).

Los objetos masivos como estos agujeros negros deforman el tejido del espacio, llamado espacio-tiempo. Imagina que pones una bola de bolos, que pesa mucho, sobre un trampolín. El trampolín se hunde. Las cosas pesadas en el espacio hacen que el espacio-tiempo se hunda igual que el trampolín. Cuando las ondas de radio procedentes de galaxias lejanas viajan sobre ese hundimiento para llegar a la Tierra, la forma actúa igual que la de una lupa en la Tierra: los telescopios ven entonces una imagen más grande y brillante de la galaxia lejana.

Los radiotelescopios también ayudan a resolver uno de los mayores misterios del universo: ¿Qué es la energía oscura? El universo se hace más grande cada segundo. Y se agranda más y más rápido cada segundo porque la «energía oscura» es lo contrario de la gravedad: En lugar de unirlo todo, lo aleja. ¿Pero qué fuerza tiene la energía oscura? Los radiotelescopios pueden ayudar a los científicos a responder a esta pregunta observando los «megamasers» que se producen de forma natural en algunas partes del espacio, un megamaser es algo así como un láser en la Tierra, pero envía ondas de radio en lugar de la luz roja o verde que podemos ver. Los científicos pueden utilizar los megamasers para precisar los detalles de la energía oscura. Si los científicos pueden averiguar a qué distancia se encuentran esos megamasers, podrán saber a qué distancia se encuentran las distintas galaxias, y entonces podrán averiguar a qué velocidad se alejan esas galaxias de nosotros.

Una caja de herramientas completa

Si sólo tuviéramos telescopios que recogieran la luz visible, nos estaríamos perdiendo gran parte de la acción del universo. Imagínese que los médicos sólo tuvieran un estetoscopio como herramienta. Podrían aprender mucho sobre los latidos del corazón del paciente. Pero podrían aprender mucho más si también tuvieran una máquina de rayos X, una ecografía, un instrumento de resonancia magnética y un escáner de TC. Con estas herramientas, podrían obtener una imagen más completa de lo que ocurre en el interior del cuerpo del paciente. Los astrónomos utilizan radiotelescopios junto con telescopios ultravioletas, infrarrojos, ópticos, de rayos X y de rayos gamma por la misma razón: para obtener una imagen completa de lo que ocurre en el universo.

Glosario

Espectro electromagnético: La luz visible que podemos ver es sólo una pequeña parte del «espectro electromagnético». La luz visible está formada por fotones de energía media. Los fotones con más energía son la radiación ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma (los rayos gamma son los que tienen más energía). Los fotones con menos energía son los infrarrojos y las ondas de radio (las ondas de radio son las que menos energía tienen).

Fotón: La luz está formada por partículas llamadas fotones, que viajan en ondas.

Longitud de onda: El tamaño de la onda en la que viaja un fotón.

Frecuencia: El número de ondas de luz que pasan por un punto en un segundo.

Hercios: 1 Hz significa que una onda pasa por un punto en un segundo. Un megahercio significa que pasan un millón de ondas por segundo.

Receptor: La parte de un radiotelescopio que toma las ondas de radio y las convierte en una imagen.

Energía oscura: La energía oscura actúa como lo opuesto a la gravedad y empuja todo lo que hay en el universo más lejos.

Megamaser: Un láser natural en el espacio que emite ondas de radio, en lugar de luz roja o verde como la que sale de un puntero láser.

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