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Los rayos cósmicos no son el único signo
existente de partículas de alta energía del
distante universo. Existen otras evidencias adicionales (al
igual que la mayor parte de datos astronómicos) de la
luz visible y de otros tipos de ondas
electromagnéticas, p.e. de los rayos X y de las
ondas de radio.
Normalmente estas ondas llegan en de dos formas, como
“procesos del fotón” y mediante
procesos que se parecen a las ondas de radiodifusión.
Procesos del Fotón
Los procesos fotónicos están relacionados con
la naturaleza cuántica de la luz, descubierta en
el siglo XX, mediante la cual, la luz o cualquier otra onda
electromagnética solo es creada o absorbida en “paquetes
de energía” denominados fotones. Cuanto más
corta sea la longitud de la onda, más energético
es el fotón - por ejemplo, como la luz azul tiene una
longitud de onda más corta que la luz roja, sus fotones
tienen más energía. Las películas en
blanco y negro se pueden manipular en los cuartos oscuros de
fotografía solo iluminados mediante luz roja, debido a
que los fotones rojos no llevan la suficiente energía
como para iniciar los cambios químicos que oscurecen la
película.
Los fotones de la luz visible tienen unos 2 electron-voltios (ev), mientras que los fotones de los rayos X médicos
pueden tener energías de 50.000 ev y los de los rayos
gamma llegan a 1.000.000 ev e incluso más. La llegada de
fotones de rayos X de (digamos) 50.000 ev desde el espacio es
la evidencia de la existencia de partículas con al menos
esa energía, a menudo mucha más, ya que cada
fotón proviene de una única partícula. No
existe ningún proceso mediante el que, por ejemplo, diez
electrones con 5.000 ev cada uno combinen su energía
para crear un único fotón de 50.000 ev.
Los rayos X celestiales no se pueden observar desde el suelo
porque la atmósfera los absorbe rápidamente.
Sin embargo pueden alcanzar a observatorios en satélites
que estén en órbita sobre la atmósfera y
varios de ellos han cartografiado el cielo de rayos X - el
pequeño Uhuru y el mayor Einstein, lanzados por la NASA,
y más recientemente el europeo, muy exitoso, ROSAT, cuyo
nombre (Roentgen-satélite) honra la memoria del
descubridor de los rayos X. Algunas fuentes de rayos X parecen
asociadas a extrañas estrellas binarias y a agujeros
negros, otras aún nos desconciertan, pero todas sugieren
una fuente de partículas de alta energía.
Los rayos X usados por los médicos para localizar
huesos rotos o dientes cariados son útiles porque
penetran en la materia, de la misma forma en que lo hace
la luz a través del cristal de una ventana. Por otro
lado, para producir imágenes nítidas de las
estrellas de rayos X en el cielo se deben enfocar esos
rayos X. Parece una misión imposible, pero no lo
es, debido a que cuando los rayos X golpean una superficie en
un ángulo plano, se reflejan como la luz en un espejo.
Cuando la golpean en un ángulo superficial, rebotan como
lo hace una piedra plana arrojada sobre la superficie del agua,
pero si el ángulo es demasiado pronunciado, la penetran.
Este es el principio de diseño del satélite
Chandra,
denominado así en honor de Subramanian Chandrasekhar, un
astrónomo indio que fue uno de los maestros líderes
y destacados de la comunidad astronómica de los EE.UU.
El telescopio de rayos X en órbita "Chandra"
fue lanzado desde la Lanzadera Espacial el 23 de julio de 1999.
Enfoca los rayos X mediante una serie de espejos anulares.
Imagínese cortando la huella de una rueda para producir
un anillo con un corte transversal curvado. El telescopio
“Chandra" dispone de superficies de enfoque metálicas
de la misma forma que el interior de ese anillo y mediante
reflexiones superficiales envía los rayos X hacia un
foco.
Explosiones de Rayos Gamma
De todos los fotones de alta energía emitidos hacia
nosotros desde el universo, probablemente ningunos son más
desconcertantes que los emitidos por las explosiones de rayos
gamma. En los años 1960, los EE.UU. lanzaron una serie
de vehículos espaciales con detectores de rayos gamma
precisos, para vigilar las pruebas nucleares espaciales
y luego para hacer cumplir la prohibición internacional
sobre dichas pruebas. La idea era que teniendo varios satélites
separados que registraban los tiempos exactos de llegada de
radiación (los rayos gamma viajan a la velocidad de la
luz), se podía localizar el origen de la radiación.
[Solo se necesita un cálculo trigonométrico:
el "Sistema
de Posición Global" (GPS) usa principios
bastante similares, con el tiempo de viaje de las ondas de
radio de una serie de satélites en órbita
registrando la posición de un receptor en tierra.]
Efectivamente los vehículos espaciales observaban
breves explosiones de rayos gamma, pero el registro de tiempo
sugería que no provenían de la Tierra sino desde
el espacio profundo. Luego alguno bastante exacto “fijó”
el lugar donde se produjeron varios episodios y hacia allí
se dirigieron potentes telescopios, pero no vieron nada digno
de atención.
No existe una explicación de las explosiones de
rayos gamma de aceptación mayoritaria. Alguna
teorías prometedoras fueron abandonadas cuando el
satélite de la NASA, Compton Gamma Ray Observatory
(CGRO), en 1991 encontró que parecían producirse
por todas partes. Han sido originadas en nuestra propia
galaxia, concentrándose probablemente en la dirección
de la Vía Láctea, donde se encuentran la mayoría
de las estrellas de nuestra galaxia (la galaxia es un disco
achatado y cuando miramos a la Vía Láctea vemos
su borde). La nueva evidencia sugiere que podrían
provenir desde galaxias distantes, y si así fuese sus
fuentes deberán ser increíblemente potentes.
Nota añadida: El 2 de marzo de 1997, el
satélite Italo-holandés BeppoSAX ("Beppo"
era el apodo del físico italiano fallecido Ochialini,
de cuyo apodo recibió su nombre el observatorio)
registró una explosión de rayos gamma y giró
su telescopio de rayos X hacia la región. El telescopio
observó una fuente continua de rayos gamma y el
telescopio en órbita Hubble de la NASA (al igual que el
observatorio Keck en tierra), observó una “estrella”
visible en la dirección adecuada, probablemente una
galaxia distante. Hasta ahora no han aparecido conclusiones
definitivas (vea Nature, 17 de abril del 1997, p. 650).
Ondas de Radio
La otra modalidad se parece a la emisión de las ondas
de radio desde una antena. La antena de radio porta una
rápida corriente alternante que fluye adelante y atrás
a su largo, y el movimiento adelante y atrás (visto
desde un lado) de una partícula energética,
cuando se mueve en espiral alrededor de una línea de
campo magnético, actúa de la misma forma.
(También se aplican aquí las "leyes del
fotón", pero debido a que son muy pequeños,
debe utilizarse la “perspectiva de la antena”.)
Las ondas de radio espaciales fueron descubiertas
accidentalmente en 1932 por Karl Jansky, un
ingeniero de radio de
los laboratorios Bell. Desde entonces muchos telescopios
han escudriñado los cielos y han descubierto importantes
fuentes de radio y microondas. A menudo parecen señalar
partículas de alta energía; por ejemplo, algunas
fuentes asociadas con distantes galaxias sugieren a partículas
atrapadas in enormes estructuras magnéticas. Algunas
provienen del centro de nuestra galaxia, en donde radio
telescopios separados miles de millas han localizado una fuente
enormemente compacta, posiblemente un gigantesco agujero negro.
Las fuentes quizás mejor conocidas de este tipo son
los pulsares, fuentes de pulsos de radio cuyo ritmo de
repetición es extremadamente regular. Parecen ser
“estrellas de neutrones”, restos colapsados dejados
por las explosiones de supernovas, estrellas con tanta masa
como el Sol pero tan densas como el núcleo atómico,
con diámetros no mayores de las 8-10 millas. El colapso
también intensifica mucho cualquier campo magnético
existente y acelera enormemente la rotación de la
estrella, creando estrellas compactas que giran una revolución
por segundo, a veces aún más rápido, con
unos campos magnéticos extraordinariamente potentes.
Se cree que las pulsaciones de radio provienen de partículas
que giran en espiral en esos campos magnéticos y son
emitidas en direcciones dictadas por las líneas del
campo magnético. Así es como el pulsar gira
sus haces de radio, como el haz de luz de un faro, barriendo
una y otra vez la Tierra. Se ha observado que el ritmo de la
pulsación disminuye lentamente, sugiriendo procesos que
frenan progresivamente su rotación.
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