Llamas m¨¢s all¨¢ de Ori¨®n

Seguimos hablando de la radiaci¨®n electromagn¨¦tica, la luz en el sentido f¨ªsico de la palabra. En los tres ¨²ltimos art¨ªculos hemos hablado de los fotones visibles, los que capta nuestro ojo, los rayos-X que emite el gas muy caliente como el que hay en los c¨²mulos de galaxias, y los fotones infrarrojos, que dominan la emisi¨®n de energ¨ªa con la que todo ba?a el universo. Queremos hoy ejercer de Coco y explicar dos conceptos b¨¢sicos de la vida diaria, tambi¨¦n muy ¨²tiles para los astrof¨ªsicos: opaco y transparente.

Opaco es algo que impide el paso de la luz. Aqu¨ª viene la primera sorpresa, lo contrario de opaco seg¨²n la RAE, nos debimos perder el cap¨ªtulo de Coco, no es transparente, que no es algo que deje pasar toda la luz, sino que ¡°deja aparecer las cosas a trav¨¦s suyo con nitidez¡±, sutil diferencia. Algo que permite el paso de luz en su totalidad o, seg¨²n la RAE, casi, es di¨¢fano. Verdaderamente ese ¡°casi¡± es f¨ªsicamente correcto porque todo absorbe algo de luz, algo de energ¨ªa en forma de ondas electromagn¨¦ticas, de un tipo u otro, ?por algo todo est¨¢ a una determinada temperatura, no hay a nada a 0 grados (Kelvin, no cent¨ªgrados)!

Si buscamos en Google ¡°ejemplos de cosas opacas¡±, nos da una lista que empieza por metal. ?Por qu¨¦ el metal es opaco? Pues volvemos, como en el primer post de esta serie, al tema favorito de los astrof¨ªsicos: la interacci¨®n de la luz con la materia. Toda la materia normal que conocemos, como por ejemplo un metal, est¨¢ compuesta por neutrones, protones y electrones. Los electrones son muy ¡°sociables¡± con lo que respecta a los fotones, por algo son part¨ªculas cargadas y la luz es un campo electromagn¨¦tico. Si un fot¨®n visible que viene de una bombilla incide sobre un metal se encontrar¨¢ con un mont¨®n de electrones que pueden moverse libremente entre los ¨¢tomos del metal, la esencia del metal est¨¢ precisamente en ese tipo de estructura electr¨®nica. Esos electrones f¨¢cilmente absorber¨¢n la energ¨ªa del fot¨®n, se acelerar¨¢n (se calentar¨¢ el metal), pero tender¨¢n a frenarse y volver a emitir la energ¨ªa. Se puede decir que la energ¨ªa, la luz, es reflejada, y por eso los metales aparecen brillantes. Tambi¨¦n se puede decir que reflejan la luz, no la dejan pasar, son opacos.

Para que un electr¨®n de las mol¨¦culas del cristal escape de su confinamiento necesita bastante energ¨ªa y la que le puede dar un fot¨®n visible no es suficiente. As¨ª que los fotones pasan a trav¨¦s del cristal pr¨¢cticamente sin interaccionar con ning¨²n electr¨®n

?Qu¨¦ pasa entonces con las cosas transparentes, como los cristales de una ventana? Las mol¨¦culas que componen el cristal no dejan escaparse a los electrones, estos no est¨¢n libres como en los metales sino bastante confinados, ahora que esta palabra se usa continuamente. Para que un electr¨®n de las mol¨¦culas del cristal escape de su confinamiento necesita bastante energ¨ªa y la que le puede dar un fot¨®n visible no es suficiente. As¨ª que los fotones pasan a trav¨¦s del cristal pr¨¢cticamente sin interaccionar con ning¨²n electr¨®n. Ahora, si el fot¨®n es muy energ¨¦tico, entonces puede ser capaz de excitar a esos electrones confinados y el cristal se volver¨ªa opaco. Es lo que pasa con muchas ventanas, que son transparentes para la luz que vemos con los ojos, pero se vuelven opacas para la luz ultravioleta de tipo UVB o UVC, que produce quemaduras en la piel, mientras que la UVA, menos energ¨¦tica, a¨²n es capaz de pasar a trav¨¦s de los cristales normales de una ventana y nos pone morenos.

En el universo la diferencia entre opaco y transparente se vuelve m¨¢s complicada. Por ejemplo, hablamos de la famosa Nebulosa de Ori¨®n, que es observable a simple vista. Con un telescopio de aficionado veremos zonas brillantes y zonas bastante oscuras. En las zonas oscuras el material es un gas compuesto por mol¨¦culas de hidr¨®geno y de mon¨®xido de carbono, entre otros compuestos. No es muy denso para nuestros est¨¢ndares, unas decenas de miles de millones de mol¨¦culas por cada volumen equivalente a una habitaci¨®n. Comparado con los casi un cuatrill¨®n de mol¨¦culas de aire que llenar¨ªan la misma habitaci¨®n en la Tierra, esas regiones deber¨ªan ser bastante transparentes. Y sin embargo son tan incre¨ªblemente grandes para lo que estamos acostumbrados que un fot¨®n ¨®ptico proveniente de una estrella m¨¢s all¨¢ de la Nube de Ori¨®n tarda varios a?os en atravesarlas y al final la probabilidad de encontrarse con un electr¨®n y ser absorbido es alt¨ªsima. Decimos que esa estrella est¨¢ oscurecida. De hecho, de las regiones m¨¢s oscurecidas de la Nube de Ori¨®n solo nos llegan uno de cada bill¨®n de fotones visibles.

Los fotones infrarrojos interaccionan con la materia mucho menos que los ¨®pticos que ven nuestros ojos, as¨ª que pueden atravesar medios muy densos y viajar mayores distancias que lo que har¨ªa un fot¨®n visible

Sin embargo, los fotones infrarrojos de los que habl¨¢bamos en nuestro ¨²ltimo art¨ªculo interaccionan con la materia mucho menos que los ¨®pticos que ven nuestros ojos, as¨ª que pueden atravesar medios muy densos y viajar mayores distancias que lo que har¨ªa un fot¨®n visible, que es m¨¢s propenso a encontrarse con alg¨²n electr¨®n y ser absorbido. Con luz infrarroja podemos ver cosas que est¨¢n detr¨¢s de materiales que son opacos a la luz visible, tanto mejor cuanto menor sea la energ¨ªa de los fotones. Si el Predator hubiera tenido mejor tecnolog¨ªa y m¨¢s sensibilidad a lo que llamamos fotones del infrarrojo medio o lejano, comparado con el infrarrojo cercano, hubiera visto a Schwarzenegger a¨²n estando cubierto de barro. Y con telescopios infrarrojos como Spitzer y Herschel hemos estudiado estrellas j¨®venes rodeadas de las nubes ¡°densas¡± de gas y polvo que las ven nacer, hemos visto llamas m¨¢s all¨¢ de Ori¨®n, parafraseando a Roy Batty.

Con ese mismo tipo de observatorios astron¨®micos infrarrojos hemos logrado observar lo que pasa en zonas como el centro de nuestra Galaxia, algo imposible cuando nuestros telescopios solo eran sensibles a fotones ¨®pticos como los que detecta nuestro ojo. Hay demasiado material entre nosotros y el n¨²cleo gal¨¢ctico, tanto que solo nos llega uno de cada diez mil millones de fotones ¨®pticos que salen de estrellas en el mismo centro de la V¨ªa L¨¢ctea, en lo que se conoce como regi¨®n Sagitario A*. Pero cuando se desarrollaron detectores infrarrojos fuimos capaces de penetrar en todo ese material y ver estrellas orbitando alrededor de un, bueno, nuestro agujero negro supermasivo, algo que ha valido un premio Nobel para Andrea Ghez y Reinhardt Genzel.

Los telescopios y detectores infrarrojos nos permiten ¡°ver¡± cosas que permanec¨ªan oscurecidas y ocultas por la inmensidad del espacio. Hoy nada ¡°se pierde en el tiempo, como l¨¢grimas en la lluvia¡±, todos los fotones que nos llegan nos son ¨²tiles, somos capaces de captarlos y nos revelan los secretos del universo. Es nuestra mayor, casi ¨²nica, fuente de informaci¨®n, la luz de cualquier tipo. Pero esa dependencia de la luz tambi¨¦n es nuestro tal¨®n de Aquiles, porque ?y si mirar no es la ¨²nica ni siquiera la mejor forma de conocer el universo?

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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