El universo invisible: el espectro electromagnético

Por: Roberto Galván Madrid*

Durante el siglo veinte la humanidad avanzó más en el conocimiento científico de la naturaleza que durante el resto de la historia junta. El siglo pasado vio el nacimiento y desarrollo de las dos teorías predominantes sobre la naturaleza fundamental del universo físico: la relatividad general y la teoría cuántica. La química y la biología produjeron una descripción fundamental de los mecanismos de la vida. Las ciencias sociales, la economía, y la psicología dieron importantes pasos hacia convertirse en ciencias "duras", es decir, cuantitativas. La astronomía no fue la excepción. Hasta antes de 1900 el hombre sólo había observado el cielo con telescopios "Ópticos", y no fue sino hasta el siglo XX que pudimos observar lo invisible, es decir, usar telescopios que observan radiación diferente a la que el ojo humano puede percibir.

¿Observar lo invisible, cómo es eso?

La radiación electromagnética puede describirse como formada por ondas (o equivalentemente, como partículas, pero sólo usaremos el concepto de onda), y la única diferencia entre las clases de radiación electromagnética es el tamaño de sus ondas. Las más grandes son conocidas como "ondas de radio", y miden desde un milímetro hasta varios metros de largo. Si las ondas son un poco más pequeñas (midiendo desde una milésima de milímetro hasta un milímetro) hablamos de radiación "infrarroja". Si comprimimos un poco más la escala llegamos a la "luz visible", es decir, aquella a la que el ojo humano es sensible, y cuyas ondas miden desde unas pocas diezmilésimas de milímetro (lo que llamamos luz "azul") hasta casi una milésima de milímetro (lo que llamamos luz "roja"). Ondas aún más pequeñas que las de la luz azul se conocen como "luz ultravioleta", ondas más pequeñas que la luz ultravioleta se conocen como "rayos X", y al final de la escala, la radiación con las ondas más comprimidas se conoce como "rayos gamma".

La Figura 1 (http://www.crya.unam.mx/~r.galvan/jornada/UnivInv/EspectroEM.jpg) resume lo dicho en el párrafo anterior.

De la explicación anterior concluimos lo siguiente:

- Todos los tipos de radiación electromagnética (los que en su conjunto se  conocen como el "espectro electromagnético") son un mismo fenómeno, y sólo difieren entre sí por el tamaño de sus ondas.

- Hemos creado una división del espectro electromagnético y asignado nombres a sus partes por razones de tecnología e históricas, pero fundamentalmente estamos hablando del mismo fenómeno.

- El ojo humano sólo es sensible a una muy pequeña parte del espectro electromagnético: a la "luz visible". ¿Por qué es esto? Muy probablemente por razones evolutivas. La temperatura del Sol es tal que emite la mayoría de su energía como luz visible. Por lo tanto, la mayoría de las plantas y los animales de la Tierra evolucionaron de tal modo que pudieron aprovechar esta energía.

- Y por último. Es posible diseñar instrumentos que detecten y/o emitan radiación diferente a la "visible". El siglo XX vio aparecer estos instrumentos, y hoy los usamos todos los días: mediante ondas de radio recibimos llamadas al celular, vemos nuestro programa de televisión favorito, y calentamos nuestra Maruchan (o algo mejor si tenemos suerte) en el microondas. Con ondas infrarrojas cambiamos el canal de la televisión a través del control remoto o manejamos nuestro carrito de juguete. Con luz ultravioleta esterilizamos muchos productos, incluyendo agua y alimentos; y los rayos X y gamma tienen las aplicaciones médicas que todos conocemos (aunque también pueden ser peligrosos).

¿Entonces, es posible observar el cielo en los diferentes tipos de radiación?

Esto ha sido precisamente el principal avance de la astronomía durante el siglo XX. Se fabricaron detectores y telescopios para observar las estrellas (y todos los otros fenómenos astronómicos) usando desde ondas de radio hasta los rayos gamma. También se tuvieron que crear algoritmos computacionales que produjeran mapas e imágenes en "colores falsos" para poder representar ante nuestros ojos (que siguen siendo sensibles sólo a la luz visible) la información contenida en, por ejemplo, una "imagen de radio" del cielo. En el siguiente artículo de esta serie hablaremos sobre qué es lo que hemos aprendido del Universo al observarlo en los diferentes tipos de radiación electromagnética.

Por lo pronto, la Figura  2 (http://www.crya.unam.mx/~r.galvan/jornada/UnivInv/sombrero_visIR.jpg) muestra imágenes de una galaxia tanto en luz visible como en luz infrarroja. Noten que muchas de las regiones que brillan en un tipo de radiación son oscuras en el otro, y viceversa, en el siguiente artículo de esta serie explicaremos por qué.

*Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y Centro de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM.