¿Quién no ha mirado al cielo en una noche despejada, en un lugar apartado de las luces de la ciudad y no se ha preguntado si hay algo más bonito que el cielo estrellado? Es casi seguro que todos aquellos que en algún momento decidimos estudiar el universo en sus múltiples facetas empezamos así y, de hecho, además de maravillarnos con la belleza del cielo empezamos a preguntarnos por qué todo lo que veíamos era como era y no de otra manera.
También es casi seguro, que todos empezamos a pedirles a nuestros padres que nos compraran un telescopio, que aunque lo queríamos grande, siempre era más pequeño de lo que esperábamos.
Más adelante, además del telescopio, queríamos libros y más libros sobre como observar el cielo, que objetos se podían observar, cuando se podían observar y que además tuvieran fotos chulas de galaxias, nebulosas, cúmulos globulares y, en definitiva, cualquier objeto que se encuentre ahí fuera.
En esos libros también venían fotos de telescopios, y como no, es casi seguro que los queríamos todos, refractores, reflectores… pero, para muchos de nosotros, la sorpresa fue descubrir que había telescopios por los que no había ningún agujero por el que mirar. De hecho, ni siquiera parecían telescopios, eran más parecidos a las antenas parabólicas que algunos tenían para ver muchos canales de televisión. ¿Qué era eso? ¿De verdad se podía observar al Universo con esas antenas?
Esas antenas son, en realidad, radiotelescopios, y si, se puede observar el Universo con ellos. Es más, se debe observar con ellos.
Radiotelescopio de 40m del IGN en Yebes (Fuente: IGN)
Los telescopios convencionales, con un agujero por el que mirar, normalmente observan el universo en el rango del espectro visible, es decir, de todo el espectro electromagnético, sólo son capaces de ver las longitudes de onda que corresponden a la luz visible, que son las mismas que vemos con nuestros ojos. Sin embargo, los radiotelescopios son capaces de detectar otras longitudes de onda, mucho más largas que los ópticos. Estas longitudes de onda están en el rango de las ondas de radio.
Un radiotelescopio es, en términos generales, una gran superficie parabólica (paraboloide de revolución) que actúa como colector de ondas de radio. Al tener forma parabólica, las ondas que llegan son reflejadas por la superficie y concentradas en un punto conocido como foco primario. En este punto pueden suceder dos cosas. Una es que en este punto se encuentre un receptor que se encarga de enviar la radiación reflejada a los instrumentos de medida y la otra es que en el foco primario se encuentre un subreflector que refleje la radiación a un receptor colocado en la superficie colectora y que de ahí se envíe a los instrumentos de medida. Ambas opciones son posibles, pero la segunda permite el acceso al receptor para su mantenimiento y también permite que el peso sea mayor.
Elementos de un radiotelescopio (Fuente: Wikipedia Commons)
Los radiotelescopios son antenas que pueden llegar a ser enormes, llegando incluso a los 100 metros de diámetro o incluso más de 300 metros como el radiotelescopio de Arecibo. El tamaño influye en la resolución de la información recogida. A mayor tamaño, mayor resolución. El principal problema es que es prácticamente imposible construir antenas del tamaño de varios kilómetros (o cientos de kilómetros) para obtener una gran resolución. Esto no quiere decir que los radiotelescopios de tamaños más modestos, por debajo de los 100 metros e incluso de alguna decena de metros, no sean útiles porque no tienen suficiente resolución. Muchos descubrimientos importantes se han realizado usando estos radiotelescopios. Pero igual que cualquier científico, los astrónomos y astrofísicos siempre quieren más, sobre todo cuando por cada respuesta que se encuentra surgen nuevas preguntas.
Radiotelescopio de 100m del Instituto Max Planck en Effelsberg (Fuente: Wikipedia Commons)
Radiotelescopio de 305 m de Arecibo (Fuente: Wikipedia Commons)
Para dar respuesta a estas nuevas preguntas, no sólo se construyen radiotelescopios más grandes, sino que se construyen muchos telescopios que se conectan entre sí, ya sea de manera física, es decir, que la radiación recogida por todos ellos sea enviada a un mismo centro de análisis en el momento de recibirla, o de manera “virtual”, que consiste en que cada radiotelescopio recoja su propia información y la después la envíe a otros centros remotos donde se analizará de manera conjunta con la información recibida de otros radiotelescopios.
Hacer esto es posible gracias a técnicas de interferometría. La interferometría consiste precisamente en combinar la radiación de varias fuentes (varios radiotelescopios) de manera que se aumente la resolución de la información que se está recibiendo. La interferometría se basa en el hecho de que la radiación son ondas electromagnéticas. Para entender que es la interferometría, vamos a hablar de un experimento clásico en la historia de la Física: el experimento de la doble rendija.
Cuando se coloca un foco de luz delante de una pantalla y se coloca una lámina que no deje transmitir la luz del foco a la pantalla entre ellos, pero a la que se le han practicado dos finas hendiduras a modo de rendijas, la luz, al pasar por las rendijas se difracta y sigue diferentes caminos. Al incidir sobre la pantalla, la luz difractada procedente de cada rendija interfiere, ya que llega desde diferentes direcciones y en diferentes momentos, y esta interferencia hace que se observen líneas oscuras donde la luz ha interferido destructivamente y líneas brillantes donde ha interferido constructivamente. Se observa que cuando la fuente de luz es puntual (un foco pequeño) el contraste entre las líneas claras y oscuras es más grande, mientras que cuando la fuente es extensa, el contraste es más difuso.
Experimento de la doble rendija (Fuente: Wikipedia Commons)
La interferometría usando radiotelescopios sigue el mismo principio. Las ondas de radio llegan a los radiotelescopios que están separados una cierta distancia en momentos distintos (la diferencia de tiempo es muy pequeña, pero perceptible con sistemas precisos de medición de tiempo). Esto hace que las señales de las ondas de radio medida por todos los radiotelescopios generen un patrón de interferencia. Estudiando el patrón y el contraste entre las señales claras y oscuras medidas, se puede reconstruir la forma y las características de la fuente de ondas de radio.
Visión artística de los radiotelescopios de ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) para interferometría de larga base (Fuente: ESA)
Usando la interferometría podemos conseguir aumentar la resolución de la imagen ya que, aunque tengamos pequeños radiotelescopios separados por unos pocos metros o kilómetros en el caso de que la conexión sea física (también conocida como interferometría de larga base) o muchos kilómetros en el caso de que sea “virtual” (conocida como interferometría de muy larga base), el resultado final es como si tuviéramos un radiotelescopio del tamaño de la máxima separación entre los radiotelescopios pequeños. Esta técnica se puede utilizar incluso utilizando radiotelescopios en órbita.
Los radiotelescopios son muy útiles para estudiar diversos fenómenos que ocurren en el universo y que no podemos observar con telescopios convencionales como son el nacimiento de estrellas y el medio interestelar en el que nacen. Sobre cómo se utilizan los radiotelescopios y de la física que hay detrás de los fenómenos que observan, hablaremos en una próxima entrada.
Referencias:
Acelerando la Ciencia 