Guías Seti.cl : Conceptos Básicos en Radioastronomía

Ofrecemos esta interesante guía básica sobre Radioastronomía ofrecida por el Observatorio Parkes de Australia. Aprenderemos los usos, tanto para investigaciones Seti, como para el descubrimiento de nuevos objetos estelares.

Introducción:

Cuando miras el cielo nocturno ves la luz dada por las estrellas. Esa luz ha viajado a través del espacio por docenas, cientos o miles de años antes de entrar en nuestros ojos. Cuando los Astrónomos usan largos telescopios para indagar el Universo, la tenue luz que ellos recolectan puede haber venido de objetos millones o billones de años atrás. De hecho, vemos los objetos como si estuvieran en el paso y les toma ese tiempo-luz en viajar a través del espacio. La Astronomía, quizás una de las ciencias más antiguas, es el estudio de los objetos celestes, incluyendo los planetas, estrellas, galaxias, incluso el Universo entero.

¿Entonces qué es la Radio Astronomía?

Cuando escuchan la radio, o usan un teléfono celular o miran TV, están utilizando un aparato que recibe ondas de radio. Las ondas de radio son un tipo de radiación electromagnética, tal como la luz visible se usa para ver con nuestros ojos. La diferencia de las ondas de radio tienen una longitud de onda menor en frecuencia que la luz visible. También transportan menos energía. La luz visible es lo suficientemente energética para ayudar a las plantas a producir su propia comida a través de la fotosíntesis. Las ondas de radio son mucho más débiles que eso, por lo tanto se necesitan amplificadores electrónicos para ayudar a reforzar la señal. Cualquier señal electromagnética con una onda mayor que 1mm es una onda de radio.

Las ondas de radio se detectaron por primera vez en el espacio en 1930 pero muy pocos científicos se lo tomaron en serio. Ellos desarrollaron el radar en la Segunda Guerra Mundial para mejor las antenas y la electrónica. Luego de muchas guerras los científicos comenzaron a usar los equipos para investigar la radio señales provenientes del espacio.

¿Cómo se producen las Ondas de Radio?

Toda la materia alrededor de nosotros está hecha de átomos. Los átomos están hechos de partículas subatómicas, en la cual los electrones orbitan el núcleo compuesto de protones y neutrones. Cuando las partículas cargadas tales como los electrones y protones aceleran cambiando su velocidad y dirección, emiten una radiación electromagnética. Se puede detectar muchas formas de radiación electromagnética que en conjunto componen el espectro electromagnético. Mientras más larga la onda, menor frecuencia, por tanto menos energía en una forma llamada Ondas de Radio. Subiendo en frecuencia y energía el espectro electromagnético se compone de radio y ondas de microondas, ondas de infrarojo, luz visible, rayos ultravioletas, rayos X, y rayos gamma.

Cada tipo de radiación electromagnética es producido por ciertas condiciones. Los astrónomos ahora pueden detectar todos estos tipos de emisiones, a veces por telescopios en Tierra. Algunas formas tales como los rayos X sólo puede ser detectados por telescopios en el espacio ya que nuestra atmósfera los absorbe, no dejando que alcancen nuestra superficie terrestre. Al detectar y estudiar estas emisiones electromagnéticas, los astrónomos pueden determinar las condiciones que los produjeron y asi incrementar nuestro entendimiento de los objetos y condiciones fuera en el espacio.

Asñi que exactamente que nos dicen las ondas de radio a nosotros? Para responder esto necesitamos entender como se producen. Hay 2 formas básicas de emisión de radio: TERMAL Y NO TERMAL.

EMISIONES TERMALES
Son causadas por el movimiento de los objetos cargados tales como las moléculas y átomos. Tal como toda la materia tiene algo de energía de calor guardada en si misma, los átomos vibran, emitiendo radiación electromagnética. Mientras más energía se acumula, más átomos vibran y se emite más cantidad de radiación.

Cuando se calienta un gas eventualmente será suficiente para sacar uno o más electrones que orbitan un átomo. El átomo ahora es IONIZADO y tiene una carga positiva mientras el electrón está ahora libre. Mientras los electronoes negativos se mueven alrededor con esta alta temperatura, el gas cargado (ahora llamado plasma) interactuará continuamente con las cargas positivas. Porque así están acelerando la radiación electromagnética que emiten.

Otra forma de emisión termal es debido al giro de los electrones mientras “orbitan” un núcleo. Un electrón excitado pierde energía al girar hacia atrás en un estado más estable. La onda de radio emitida en este proceso siempre tiene un largo de onda discreto. Un electrón en un átomo de hidrógeno neutral, por ejemplo, produce ondas de radio de 21 cms en este proceso. Como el hidrógeno es el elemento más abundante  en el Universo esta linea de hidrógeno de 21 cms fue una de las primeras emisiones de radio detectadas desde el espacio y continua siendo una onda clave para observar por los astrónomos.

Las fuentes No TERMALES de ondas de radio incluyen la RADIACION SINCOTRÓN, en donde los electrones que se mueven cerca de la velocidad de la luz se aceleran en fuertes campos magnéticos. Tales condiciones ocurren en fuentes de poder muy poderosas, tales como los quásares, en núcleos galácticos activos y remanentes de Supernovas, el remanente de estrellas masivas que han explotado.

Los Masers o amplificación de microondas por la emisión estimulada de radiación son similares a los lásers pero con frecuencias de radio más cortas o de microondas en vez de luz visible. Las fuentes de Masers naturales son encontradas a veces en nubes de moléculas en regiones donde se están formando las estrellas.

¿Qué es un Radiotelescopio?
Es un simple telescopio que está diseñado para recibir las ondas de radio del Espacio. En su forma más simple tiene 3 componentes:

1.- Una o más antenas para recolectar las ondas de radio entrantes. La mayoría de las antenas tienen discos parabólicos para reflejar las ondas de radio a un receptor, de la misma forma como un espejo curvado puede enfocar la luz visible a un punto. Sin embargo, las antenas pueden tener otra forma. Una antena Yagi, por ejemplo, similar a las usadas en la recepción de TV, pueden ser usadas para la radioastronomía.

2.- Un Receptor y Amplificador para dar más energía a una señal de radio débil a un nivel considerable. Estos días los amplificadores son extremadamente sensibles y normalmente se enfrian a temperaturas mínimas para reducir la interferencia debido al ruido generado por el movimiento de los átomos en el metal.

3.- Un Grabador para mantener un registro de una señal. En los días previos de radio astronomía, esto consistía en un diagrama en donde se dibujaba un gráfico en papel. Ahora la mayoría de los telescopios graban directamente a un computador con software sofisticado para procesar y analizar la información.

Las fotos más abajo muestran 3 tipos de radiotelescopios. El primero muestra uno de los telescopios iniciales usados en Dover Heights en Sydney, Australia luego de la Segunda Guerra Mundial. El Segundo es el Radiotelescopio de Parkes (Australia). El disco de la antena tiene 64m de diámetro. El tercer telescopio es el Australia Telescope Compact Array cerca de Narrabri. Está compuesto de discos de 22m. Estos tipos de telescopios modernos que tienen varios discos pueden ser usados en conjunto como un Interferómetro. Los Interferómetros de Radio permiten a los Astrónomos estudiar objetos en gran detalle, de mejor calidad que con uno sólo. Mientras más discos, más señales tenues se pueden detectar.

Los discos de los radiotelescopios no tienen que ser tan lisos o brillosos que los espejos ópticos ya que la “luz” que reflejan, (las ondas de radio), son más largas en su espectro que la luz visible. La superficie de un disco de radiotelescopio es liso en 1 milímetro, mientras que la de un espejo es normalmente miles de veces más lisa.

¿Qué aprendemos de la Radio Astronomía?
La Radioastronomía ha detectado muchos nuevos tipos de objetos. Estos incluyen los Púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente, con núcleos de estrellas masivas que han acabado su combustible. Los púlsares expulsan intensas ondas de radio al espacio, parecidas a las de un faro mientras gira.

En 1963 también se descubrió un objeto que no era una estrella pero que era extremadamente brillante, ahora conocidas como Quásares.
Son galaxias primordiales con agujeros negros supermasivos en sus centros y están considerados los objetos más poderosos del Universo.

RADIOASTRONOMÍA Y SETI

¿Estamos solos en el Universo?
Si hay 100 billones de estrellas en 100 billones de galaxias en nuestro Universo, eso significa que hay  10,000,000,000,000,000,000,000 (diez sextillones) de estrellas en el Universo ( 10 elevado a 22 expresado en notación científica). Con todas estrellas ( y la gran mayoría con sistemas planetarios, como se han descubierto actualmente), sería dificial de imaginar que no hay vida en alguna otra parte en el Universo.

¿Cómo transmitirían un mensaje?

Este diagrama muestra la región “tranquila” de radio y el water hole (agujero de agua). Una civilización inteligente podría usar este región para transmitir un mensaje.

¿Qué es el Waterhole?

Hay una porción del espectro de radio que es relativamente tranquila del ruido natural de las estrellas y de la atmósfera. Esto es llamado la región tranquila de radio. Adicionalmente, dentro de esta región hay una porción del espectro de radio también conocida como “El agujero de agua”,que va desde los 1420 Megahertz (la longitud de onda del hidrógeno neutral) a 1638 Megahertz (la longitud de onda de emisión del hidroxilo radical).
Esta región es llamada “El agujero de agua” (Water hole) porque cuando el hidrógeno y el hidroxilo se combinan, forman una molécula de agua.

Algunas personas creen que las civilizaciones extraterrestres puedan elegir esta región para transmitir un mensaje, especialmente si están formados por agua tal como nosotros.

Un mensaje alienígena también podría venir en lo que se llama una señal de banda angosta. Esto significa una señal con una frecuencia muy precisa. Las estaciones de radio son ejemplos de señales de banda angosta. Entre las estaciones de radio se escucha un sonido tipo estática. Este es un ruido de banda ancha. Las estrellas (y otros tipos de objetos celestiales ) también emiten un ruido de banda ancha.

Una civilización inteligente, probablemente usará una señal de banda angosta en vez de una banda ancha, ya que no querrían que su mensaje sea confundia por un ruido regular y ordinario como es el ruido estelar.

Versión Original en Inglés: Parkes Observatory
Traducción: Tiare Rivera

Artículos Similares:
Radiotelescopio de Arecibo
Astropulse, en Busqueda ET
Allen Telescope Array

Tags: basico radioastronomia, conceptos basicos radioastronomia, observatorio parkes, ondas electromagneticas, radioastronomia, radiotelescopio, seti

Category: Guias Seti.cl, Seti@home