La astronomía de lo invisible: Hubble y James Webb

galaxia M74
Esta imagen del James Webb muestra el corazón de M74

Divulgación
de la ciencia

Algo que sorprende mucho a las personas sobre la astronomía moderna son las imágenes que se obtienen por los distintos telescopios, sobre todo aquellos que están en el espacio, como el Hubble o el James Webb

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La astronomía de lo invisible: Hubble y James Webb

Nueva sección: ciencia

Algo que sorprende mucho a las personas sobre la astronomía moderna son las imágenes que se obtienen por los distintos telescopios, sobre todo aquellos que están en el espacio, como el Hubble o el James Webb. En las siguientes imágenes se pueden observar diversas galaxias (incluyendo la Vía Láctea), nebulosas, lentes gravitacionales, entre muchísimos otros objetos astronómicos.

 Algunas de estas imágenes nos muestran cosas ocultas a nuestra vista, pues son generadas mediante técnicas que recopilan luz que no somos capaces de ver. Aunque parezca extraño hay cierto tipo de luz que no somos capaces de observar con nuestros ojos, esto es porque hemos evolucionado para ver en el rango visible del espectro electromagnético. Pero ¿qué es esto del espectro electromagnético?

El espectro electromagnético

La luz puede ser explicada como una combinación de ondas; una eléctrica y otra magnética que son perpendiculares entre sí. Estas ondas se propagan por el espacio a diferente longitud de onda. Para explicar lo que es esto, imagina que lanzas una piedra al agua o que mueves de arriba abajo una cuerda, observarás que hay puntos donde la cuerda o el agua suben lo máximo posible, los cuales son llamados crestas. Si medimos la distancia entre dos crestas consecutivas tendremos la longitud de la onda que generamos, la cual se mide normalmente en metros.

Longitud de onda medida en una cuerda
Longitud de onda medida en una cuerda. Imagen recuperada de: https://sites.google.com/site/sjcalasanzciencias2/la-luz-y-el-sonido/-que-es-una-onda

Para el caso de la luz que podemos ver, a los colores como el rojo, naranja y amarillo les corresponde una onda electromagnética con una longitud de onda mayor que la correspondiente para los colores azul o violeta.

Longitud de onda de los colores que podemos percibir
Representación ilustrativa de la longitud de onda de los distintos colores que podemos percibir con nuestros ojos.

Representación ilustrativa de la longitud de onda de los distintos colores que podemos percibir con nuestros ojos.

Existen, sin embargo, ondas electromagnéticas cuya longitud de onda es mayor que la de la luz de color rojo y, por el otro extremo, hay ondas electromagnéticas cuya longitud de onda es menor que la de la luz de color violeta. Esta luz es la que corresponde a otros rangos del espectro electromagnético.

Espectro de la radiación electromagnética.
Espectro de la radiación electromagnética. Imagen recuperada de: https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

En general, se le llama radiación electromagnética a los diferentes tipos de ondas electromagnéticas que existen. Esta radiación se clasifica con base en su longitud de onda, tal como se ve en la imagen anterior, donde podemos ver cuál es el tamaño de la longitud de onda correspondiente a cada rango (está en notación científica; por ejemplo,  para el caso extremo de los rayos gamma el tamaño de su longitud de onda llega a ser del tamaño del núcleo atómico, algo increíblemente diminuto). A su vez, en esta imagen se puede ver la temperatura aproximada que tendrían los objetos dependiendo de la longitud de onda de la luz que emitan, reflejen, etc.

En esta imagen también aparece un concepto equivalente a la longitud de onda, la frecuencia. Esta no es más que el número de ondas que pasan por un punto por segundo y se mide en Hertz (si no eres muy joven, probablemente has escuchado este término en algún programa o estación de radio). La relación entre la longitud de onda y la frecuencia de esta se encuentra descrita en la expresión , donde  simboliza la longitud de onda,  la frecuencia y  la velocidad de la luz. De esta forma, al hablar de radiación electromagnética podemos usar los términos frecuencia y longitud de onda de forma completamente equivalente.

Del amplio espectro electromagnético el ser humano solo es capaz de ver una muy pequeña parte con sus ojos, la cual corresponde a una longitud de onda de nanómetros (1 nanómetro es lo mismo que 0.000 000 001 m) o de forma equivalente entre 420 y 740 tera Hertz (1 tera Hertz es igual a 1 000 000 000 000 Hz).

Espectro electromagnético que nuestros ojos son capaces de detectar.
Parte del espectro electromagnético que nuestros ojos son capaces de detectar.

Como puedes notar, hay aún muchísima luz o radiación que no podemos percibir a simple vista. Es por ello por lo que se han diseñado, fabricado y puesto en funcionamiento muchos telescopios que observan en diferentes longitudes o frecuencias de onda.

Observaciones en diferentes longitudes de onda (o frecuencias)

Al observar en diferentes longitudes de onda es como si pusiéramos un filtro en nuestra imagen. Esto nos ha permitido observar cosas impresionantes, pues hay objetos que en cierta longitud de onda son invisibles o son ocultados por polvo la mayoría de veces. Un claro ejemplo es la Vía Láctea. En el óptico, debido al polvo, casi no podemos ver lo que hay en el centro, pero si vamos a otras longitudes, como en el infrarrojo, somos capaces de observar las diferentes estructuras que hay en el centro o que se ubican cerca de este.

Imágenes de la Vía Láctea en diferentes longitudes de onda.
Imágenes de la Vía Láctea en diferentes longitudes de onda. De arriba abajo: radio, emisión del átomo de hidrógeno, radio, emisión de hidrógeno molecular, infrarrojo medio (2 líneas), cercano infrarrojo, óptico o visible, rayos X, rayos gamma.

Otro  descubrimiento del cual los astrónomos se han llevado una sorpresa es la galaxia M74. Esta galaxia fue observada por el telescopio Hubble en 2003 y 2005, sobre todo en el visible. La imagen obtenida es algo muy bonito, una galaxia espiral con brazos espirales perfectamente simétricos.

Galaxia M74
Galaxia M74, imagen obtenida con el telescopio Hubble.

Sin embargo, con el reciente telescopio James Webb fue posible obtener una imagen de esta galaxia en el infrarrojo y el resultado es impactante. Se han descubierto estructuras de gas y polvo que no se habían detectado antes. Es por ello por lo que, a partir del lanzamiento de su imagen en infrarrojo, se le ha dado el sobrenombre de galaxia fantasma, pues en el óptico se mantenían ocultas estas estructuras.

galaxia M74
This image from the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope shows the heart of M74.
galaxia m74
Comparación de las imágenes de M74 en dos diferentes rangos del espectro electromagnético (izquierda en el óptico, derecha en el infrarrojo). En el centro se observa una conjunción de las imágenes obtenidas por los dos telescopios.

Ahora que has visto algunos de los misterios que revelan las imágenes astronómicas que no están en el espectro visible, puedes intentar buscar como se verían otros objetos en infrarrojo, radio, rayos X o rayos gamma buscando el nombre de algún objeto (como el Sol o la nebulosa del cangrejo) seguido del rango en que quisieras verlo. Te aseguro que te sorprenderán las maravillas que verás gracias a la ciencia detrás de la observación de lo invisible.

Referencias

NASA (2018, 15 de febrero). Multiwavelength Milky Way Images. National Aeronautics and Space Administration, Goddard Space Flight Center. Recuperado de: https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/mwmw/mmw_images.html

NASA (2007, 29 de noviembre). SPIRAL GALAXY M74. HUBBLESITE. Recuperado de: https://hubblesite.org/contents/media/images/2007/41/2210-Image.html?news=true

European Space Agency (2022, 29 de agosto). Webb inspects the heart of the Phantom Galaxy. SCIENCE & EXPLORATION. Recuperado de: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_inspects_the_heart_of_the_Phantom_Galaxy

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Kevin Ulises Martínez Vieyra

Kevin Ulises Martínez Vieyra

Desde pequeño me ha interesado aprender sobre cualquier tema, en especial los relacionados con las ciencias. En parte por ello es que decidí estudiar Física. Me encanta ver cómo es posible describir la naturaleza mediante el lenguaje matemático. Aunque puede resultar complejo, al comprenderlo es algo muy bello. Esto es algo que busco compartir mediante la divulgación, quiero cambiar el panorama que mucha gente tiene sobre que la Física es aburrida y/o difícil y mostrarles las maravillas que podemos ver gracias a ella.

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