Lo que vemos es solo una peque?a parte de lo que existe y emite luz

¡°La luz (del lat¨ªn lux, lucis) es la parte de la radiaci¨®n electromagn¨¦tica que puede ser percibida por el ojo humano¡±, seg¨²n Wikipedia. Desde el punto de vista f¨ªsico, tal y como dijimos en el ¨²ltimo art¨ªculo, efectivamente la luz que ve nuestro ojo es un campo electromagn¨¦tico que var¨ªa entre 400 a 750 billones de veces por segundo, decimos que es una onda con frecuencias de entre 400 y 750 terahercios. Pero hay ondas electromagn¨¦ticas que var¨ªan mucho m¨¢s r¨¢pido o mucho m¨¢s lento que esos l¨ªmites y f¨ªsicamente podr¨ªan ser llamadas tambi¨¦n luz, aunque escapan de la percepci¨®n del ojo humano.

No vemos todo lo que existe, una parte de nuestro entorno y del universo se nos ha escapado durante milenios por nuestras limitaciones en la percepci¨®n, conocimiento y concepci¨®n de la luz. Pero es que lo que no vemos es mucho, no sabr¨ªamos de la mayor parte de todo lo que existe si nos restringi¨¦ramos a los fotones ¨®pticos, habr¨ªa un mont¨®n de cosas que ser¨ªan ¡°materia oscura¡±, en el sentido de invisibles para nuestro ojo.

Ponemos en este art¨ªculo un primer ejemplo del universo que escapa a nuestra visi¨®n, pero que hoy s¨ª detectamos con alg¨²n tipo de radiaci¨®n electromagn¨¦tica. Todo lo que llevamos al aeropuerto en una maleta (?ay, esos aeropuertos y aviones, qu¨¦ nostalgia!) es ¡°materia oscura¡± para los agentes de seguridad, no lo ven hasta que lo pasan por un aparato de rayos-X. Aunque el ojo humano no puede detectar rayos-X, hoy tenemos aparatos capaces de crearlos y tambi¨¦n de detectarlos. La se?al medida por los detectores de rayos-X se analiza y se usa para reconstruir im¨¢genes en una pantalla de ordenador que s¨ª podemos ver. Igual hacemos con telescopios como XMM-Newton o Chandra, dos telescopios de rayos-X bautizados en honor de los astrof¨ªsicos Isaac Newton y Subrahmanyan Chandrasekhar.

Los rayos-X son en realidad fotones de una frecuencia mucho m¨¢s alta que la de los ¨®pticos

Los rayos-X son en realidad fotones de una frecuencia mucho m¨¢s alta que la de los ¨®pticos. En vez de oscilar cientos de billones de veces por segundo, los fotones rayos-X equivalen a un campo que oscila entre 30.000 billones y 30 trillones de veces por segundo, lo que significa que tienen hasta casi un mill¨®n de veces m¨¢s energ¨ªa que un fot¨®n ¨®ptico.

?C¨®mo descubrimos los rayos-X? A finales del siglo XVIII se empezaron a hacer experimentos el¨¦ctricos, perfeccionados durante todo el siglo XIX, en los que en un tubo lleno de gas primero, hecho un vac¨ªo parcial despu¨¦s, se creaba un campo el¨¦ctrico muy intenso que aceleraba electrones a grandes velocidad, t¨ªpicamente hasta un 20% de la velocidad de la luz. Aunque el efecto debi¨® estar presente en muchos experimentos de este tipo anteriores, no fue hasta 1895 cuando el alem¨¢n Wilhelm R?ntgen se dio cuenta de que cuando aceleraba electrones, una pantalla a unos 3 metros del experimento emit¨ªa luz verde, incluso si tapaba el tubo con distintos materiales. R?ntgen empez¨® a hablar de unos rayos de origen desconocido, todav¨ªa hoy dir¨ªamos ¡°ll¨¢males X¡±, y efectivamente los denomin¨® rayos-X. Su trabajo le vali¨® en 1901 el primer premio Nobel de F¨ªsica de la historia y que en algunos pa¨ªses a la radiaci¨®n X se le llame R?ntgen. Hoy sabemos que cuando los electrones acelerados en el tubo se frenaban perd¨ªan energ¨ªa en forma de radiaci¨®n electromagn¨¦tica muy energ¨¦tica, y adem¨¢s conocemos que los rayos-X (dependiendo de su energ¨ªa) atraviesan f¨¢cilmente muchos materiales, como las maletas en el aeropuerto o nuestra piel, pero no otros, como nuestros huesos o algunas partes de un port¨¢til.

El gas coronal del Sol ocupa un volumen muy grande, pero con esa densidad tan baja constituye una fracci¨®n min¨²scula de la masa total de nuestra estrella

La astronom¨ªa de rayos-X no se desarroll¨® hasta la segunda mitad del siglo XX, cuando se empezaron a construir cohetes que pod¨ªan volar a grandes alturas. Esto es debido a que, por fortuna, nuestra atm¨®sfera bloquea la radiaci¨®n X proveniente del espacio, m¨¢s energ¨¦tica que los rayos ultravioleta y m¨¢s da?ina para nuestras c¨¦lulas. En 1948, investigadores estadounidenses detectaron por primera vez a trav¨¦s de observaciones rayos-X, realizadas con detector a bordo de un cohete alem¨¢n V-2 lanzado a unos 170 km de altura, el material que rodea el Sol en una capa de la estructura de nuestra estrella que se llama corona. Esta se extiende much¨ªsimo m¨¢s all¨¢ del disco visible que vemos en el cielo, llega incluso hasta la Tierra. En esta capa existen part¨ªculas que se mueven a grandes velocidades, entre ellas electrones como los acelerados en los experimentos de R?ntgen. Este conjunto de part¨ªculas cargadas constituye lo que se conoce como un plasma, un cuarto estado de la materia m¨¢s all¨¢ del l¨ªquido, s¨®lido y gaseoso que nos ense?an en el colegio. Es un plasma con una temperatura muy alta, millones de grados, pero muy enrarecido, es decir, con una densidad muy baja, de un mill¨®n de part¨ªculas por cada mil¨ªmetro c¨²bico, un bill¨®n de veces menos denso que nuestra atm¨®sfera a nivel del mar. El gas coronal del Sol ocupa un volumen muy grande, pero con esa densidad tan baja constituye una fracci¨®n min¨²scula de la masa total de nuestra estrella.

Veinte a?os despu¨¦s del descubrimiento del gas coronal del Sol tambi¨¦n se detect¨® emisi¨®n rayos-X en los llamados c¨²mulos de galaxias, aglomeraciones que en un volumen poco mayor al que engloba a nuestra Galaxia y la de Andr¨®meda pueden juntar a decenas si no cientos de galaxias. En esos c¨²mulos hay tambi¨¦n, en el espacio entre las galaxias, gas muy caliente, el llamado gas coronal cumular. Su densidad media es baj¨ªsima, si nos enviaran un tetrabrik de los t¨ªpicos de leche lleno de gas coronal cumular habr¨ªa dentro una part¨ªcula como mucho. El plasma est¨¢ muy caliente, entre 10 y 100 millones de grados cent¨ªgrados, lo que significa que las part¨ªculas que lo componen se mueven muy r¨¢pido. Como hac¨ªan los electrones del experimento de R?ntgen, esas part¨ªculas emiten rayos-X cuando se frenan, pero no emiten casi ning¨²n fot¨®n ¨®ptico. Lo m¨¢s relevante de ese gas coronal cumular es que su masa total es t¨ªpicamente diez veces mayor que la masa sumada de todas las estrellas de las galaxias del c¨²mulo.

Con telescopios de rayos-X hemos descubierto que el universo est¨¢ m¨¢s lleno de materia que lo que ve¨ªamos con telescopios cl¨¢sicos de los que son sensibles a fotones visibles por nuestro ojo. Gran parte del Universo visto con ¡°ojos de rayos-X¡± es raro y hostil, con temperaturas alt¨ªsimas y densidades muy bajas. ?Hay m¨¢s cosas que no vemos y que escapan a esos dos tipos de telescopios? ?Hay m¨¢s ¡°materia oscura¡±? Bueno, el siguiente paso ser¨¢ decir que hay ¡°materia oscurecida¡±, pero esa es otra historia.

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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