Llamas más allá de Orión | Vacío cósmico

Seguimos hablando de la radiación electromagnética, tómalo en el sentido físico de la palabra. En los últimos tres artículos, hablamos sobre fotones visibles, los que captan nuestros ojos, esos Rayos x que emite gas muy caliente como el de ccúmulos de galaxias, y los fotones infrarrojos, que dominan la emisión de energía con la que todo baña el universo. Hoy queremos hacer ejercicio Cocos y explicar dos conceptos básicos de la vida cotidiana, también de gran utilidad para los astrofísicos: opaco y transparente.

Opaco es algo que impide el paso de la luz. Aquí viene la primera sorpresa, lo opuesto a opaco bajo el RAE, deberíamos habernos perdido el capítulo de Coco, no es transparente, que no es algo que deja pasar toda la luz, sino que “deja que las cosas se vean claramente”, una sutil diferencia. Algo que permite el paso de la luz en su totalidad o, según la RAE, casi, es diáfano. En verdad, este “casi” es físicamente correcto porque todo absorbe un poco de luz, algo de energía en forma de ondas electromagnéticas, de un tipo u otro, para algo todo está a cierta temperatura, no hay nada a 0 grados (Kelvin, no centígrado)!

Si buscamos en Google “ejemplos de cosas opacas”, obtenemos una lista que comienza con metal. ¿Por qué el metal es opaco? Bueno, estamos de vuelta, como en poste de imprimación de esta serie, al tema favorito de los astrofísicos: la interacción de la luz con la materia. Toda la materia normal que conocemos, como un metal, está formada por neutrones, protones y electrones. Los electrones son muy “sociables” con respecto a los fotones, por algo son partículas cargadas y la luz es un campo electromagnético. Si un fotón visible procedente de una lámpara choca contra un metal, encontrará muchos electrones que pueden moverse libremente entre los átomos del metal, la esencia del metal está precisamente en este tipo de estructura electrónica. Estos electrones absorberán fácilmente la energía del fotón, se acelerarán (el metal se calentará), pero tienden a desacelerar y reemitir la energía. Se puede decir que la energía, la luz, se refleja y por eso los metales lucen brillantes. También se puede decir que reflejan la luz, no la dejan pasar, son opacos.

Para que un electrón en las moléculas de cristal escape de su confinamiento, necesita suficiente energía, y la energía que puede proporcionar un fotón visible no es suficiente. Por tanto, los fotones atraviesan el cristal prácticamente sin interacción con ningún electrón.

Entonces, ¿qué pasa con las cosas transparentes, como el vidrio de una ventana? Las moléculas que componen el cristal no dejan escapar los electrones, no son libres como en los metales, sino confinados, ahora que esta palabra se usa continuamente. Para que un electrón en las moléculas de cristal escape de su confinamiento, necesita suficiente energía, y la energía que puede proporcionar un fotón visible no es suficiente. Por lo tanto, los fotones atraviesan el vidrio prácticamente sin interacción con ningún electrón. Ahora, si el fotón tiene mucha energía, puede excitar estos electrones confinados y el cristal se volverá opaco. Esto es lo que sucede con muchas ventanas, que son transparentes a la luz que vemos con los ojos, pero se vuelven opacas a la luz ultravioleta tipo UVB o UVC, lo que provoca quemaduras en la piel, mientras que los UVA menos energéticos aún pueden pasar por Ventana normal de vidrio y bronceado.

En el universo, la diferencia entre opaco y transparente se vuelve más complicada. Por ejemplo, hablamos de los famosos Nebula de Orión, que es observable a simple vista. Con un telescopio amateur, veremos áreas claras y áreas muy oscuras. En áreas oscuras, el material es un gas formado por moléculas de hidrógeno y monóxido de carbono, entre otros compuestos. No es muy denso según nuestros estándares, unas pocas decenas de miles de millones de moléculas por cada volumen equivalente de una habitación. En comparación con casi un billón de moléculas de aire que ocuparían la misma habitación en la Tierra, estas regiones deberían ser bastante transparentes. Y, sin embargo, son tan increíblemente grandes para lo que estamos acostumbrados que un fotón óptico de una estrella más allá de la nube de Orión tarda varios años en atravesarlos y, al final, la probabilidad de encontrar un electrón y ser absorbido es muy alta. . Decimos que esta estrella está oscurecida. De hecho, solo uno de cada billón de fotones visibles nos llega desde las regiones más oscuras de la Nube de Orión.

Los fotones infrarrojos interactúan con la materia mucho menos que la óptica que ven nuestros ojos, por lo que pueden atravesar medios muy densos y viajar distancias mayores que las que lo haría un fotón visible.

Sin embargo, los fotones infrarrojos de los que hablamos nuestro ultimo articulo interactúan con la materia mucho menos que la óptica que ven nuestros ojos, por lo que pueden atravesar medios muy densos y viajar distancias mayores que las que haría un fotón visible, que es más probable que encuentre un electrón y sea absorbido. Con la luz infrarroja, podemos ver cosas detrás de los materiales que son opacos a la luz visible; cuanto mejor, menor es la energía del fotón. Si él Depredador Si tuviera una mejor tecnología y más sensibilidad a lo que llamamos fotones infrarrojos distantes o medios en comparación con el infrarrojo cercano, habría visto a Schwarzenegger incluso cuando estaba cubierto de barro. Y con telescopios infrarrojos como Spitzer Y Herschel nosotros estudiamos estrellas jovenes rodeados de nubes “densas” de gas y polvo que los ven elevarse, vimos llamas más allá de Orión, parafraseando Roy Batty.

Con el mismo tipo de observatorios astronómicos infrarrojos pudimos observar lo que sucede en áreas como el centro de nuestra galaxia, algo imposible cuando nuestros telescopios eran sensibles solo a fotones ópticos como los detectados por nuestros ojos. Hay mucho material entre nosotros y el núcleo galáctico, tanto que solo uno de cada diez mil millones de fotones ópticos nos llega desde estrellas en el centro de la Vía Láctea, en lo que se conoce como región. Sagitario A *. Pero cuando se desarrollaron los detectores de infrarrojos, pudimos penetrar todo ese material y ver estrellas orbitando uno, bueno, nuestro agujero negro supermasivo, algo que valía la pena. Premio Nobel de Andrea Ghez y Reinhardt Genzel.

Los detectores de infrarrojos y los telescopios nos permiten “ver” cosas que estaban oscurecidas y ocultas por la inmensidad del espacio. Hoy nada “se pierde en el tiempo como el grito de la lluvia”, todos los fotones que nos llegan son útiles, somos capaces de captarlos y nos revelan los secretos del universo. Es nuestra mayor, casi única, fuente de información, luz de cualquier tipo. Pero esta dependencia de la luz es también nuestro talón de Aquiles, porque ¿y si mirar no es la única o incluso la mejor manera de conocer el universo?

Pablo G. Pérez González Es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA)

Patricia Sánchez Blázquez Es profesora de la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vacío cósmico Es un apartado en el que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico, sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” se refiere al hecho de que el universo está y está mayoritariamente vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos. por metro cúbico, que nos invita a reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de la vida en el universo.

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