LA RADIOASTRONOM
LA RADIOASTRONOMÍA (Nociones elementales)

En 1931 el ingeniero americano Karl Jansky abrió una nueva ventana al Universo.
La atmósfera que envuelve a la Tierra, es opaca a casi todas las radiaciones electromagnéticas que atraviesan el espacio.

Las de muy pequeña longitud de onda, como los rayos X, capaces de atravesar sólidos de moderado espesor (mayor cuanto menor sea el peso atómico de su o sus constituyentes), son absorbidas por la atmósfera al igual que las radiaciones infrarrojas, no así las de la luz visible hasta una pequeña fracción del infrarrojo y del ultravioleta.

Los límites entre las tres ventanas: la de radio, la visible y la de las microondas, no son muy netos y dependen en alto grado de la ionización de la de la atmósfera que se extiende desde los 80 Km. de la superficie terrestre, hasta los 600 Km. Esta capa es conocida como ionosfera; así también de las condiciones meteorológicas.
La ventana de radio está siempre abierta, a toda hora, lo que da la posibilidad de observar el Universo, de día o de noche, con cielo claro o nublado.

Fue en 1974, que la radioastronomía adquirió su mayoría de edad, cuando al radioastrónomo ingles Martin Ryle, junto a Hewish, se le concedió el premio Nobel de Física por descubrir que las estrellas de neutrones podían identificarse de las misteriosas fuentes pulsantes que perturbaban las observaciones de los quasares en la nebulosa del cangrejo; sabiéndose ahora, que la estrella de esta nebulosa, es una estrella de neutrones que gira a 30 vueltas por segundo y en cada giro recibimos un pulso de ondas de radio, uno de luz y uno de rayos X.

A los objetos del espacio de los cuales surgen radiaciones electromagnéticas, se los denomina radiofuentes y pueden ser de tamaño, forma y poder, sumamente variable. Sus radiaciones son captables por medio de la radio y el instrumento usado con ese fin se llama RADIOTELESCOPIO.

En realidad todos los objetos o cuerpos emiten ondas de radio, por Ej. un trozo de metal, una piedra, o todo aquello que constituya materia, dependiendo de su temperatura (a 0º Kelvin no existe emisión). Este tipo de emisión se denomina radiación térmica.

Por otro lado, el átomo de hidrógeno es un generador de ondas de radio, pero la intensidad es tan pequeña, que es imperceptible; -mejor dicho, no tanto...-, ya que las radiaciones producidas por este, no son otra cosa que radio-ondas generadas al modificarse el spin de su electrón por la acción de un fuerte campo magnético (en eso se funda la muy moderna Resonancia magnética Nuclear, usada en medicina, ver Fig.1): Imagen de un "corte" de cerebro producido en un resonador magnético y registrado en una película radiográfica que permite diferenciar las partes de las estructuras encefálicas con diferentes riquezas de hidrógeno; como: las partes corticales del cerebro, de sus núcleos basales, de sus ventrículos y el cerebelo. Sus modificaciones, o presencia de estructuras anómalas permiten inferir diagnósticos.

Para que un cuerpo celeste (estrella, galaxia, pulsar, etc.) emita una radiación medible, debe cumplir las siguientes condiciones.

1º: Estar relativamente cerca.
2º: Ser muy grande.
3º: Ser muy productor de radiación.

Por Ej.:
La luna está muy cercana en el espacio, pero es muy poco emisora de radiación propia (no confundir con la radiación reflejada). A su vez, el sol es una radiofuente muy potente, a pesar de estar mucho más lejos, ser más grande y muy emisor.

La estrella Alfa Centauri es bastante más grande que el sol y más eficiente en producción de radiación y más lejana, pero es imperceptible como radiofuente por ningún radiotelescopio.

Los pulsares son muy pequeños (por Ej. 15 Km. de diámetro) y millares de veces y más eficientes pero muy lejanos, siendo en cambio perceptibles fácilmente con buenos radiotelescopios.

Fig. 1

Los quasares:
Se encuentran en el límite del Universo (más de 10 mil millones de años luz de distancia) y pueden ser recibidos con cierta facilidad.
Casiopea A, es una estrella muy brillante pero invisible a los telescopios ópticos más grandes, por estar oculta por una nube de polvo cósmico, sin embargo es una muy potente radiofuente fácilmente captable por un radiotelescopio de aficionado.

El sol como radiofuente:
Este objeto tiene un diámetro de 1.390.000 Km. y se encuentra a 150 millones de Km. de distancia de nuestra tierra, no obstante lo que vemos óptimamente es la capa más externa llamada fotosfera, con una temperatura de 5800º C. Su corona es transparente a la luz, no así a las ondas milimétricas y decimétricas provenientes de los estratos más externos (la fotosfera) (Fig. 2). Si pudiéramos ver su tamaño en radio con nuestros ojos, este seria enormemente más grande del 1/2 grado de diámetro con que lo vemos a ojo.

Fig. 2

Fig. 3

El sol, considerado como radiofuente emisora, es muy poco eficiente en comparación con otros soles. Sin embargo, a menudo produce fulguraciones o tormentas de radiación que perturban las comunicaciones radiales según su duración e intensidad, abarcando determinados campos de frecuencias del espectro. Estas perturbaciones están estrechamente ligadas a las MANCHAS SOLARES (Fig. 3) éstas aun no son perfectamente comprendidas, no obstante, el sol es una estrella tranquila frente a la intranquilidad de las otras más lejanas, de las cuales nos damos cuenta por los casos de estrellas fulgurantes y supernovas y sus explosiones.

La Galaxia:
Este es el nombre de la nuestra; está formada por millares de millones de estrellas.

Fig. 4

En nuestro caso vemos uno de sus brazos, que es la Vía Láctea, el cual ópticamente se lo observa en noches serenas y oscuras como una banda "lechosa" en la bóveda celeste y más que estrellas contiene nubes de gas iluminado por las mismas, presentando manchas oscuras (Fig. 4) producidas por polvo cósmico, detrás de las cuales puede verse solo radio-astronómicamente.

El estudio a través de las ondas de radio proveniente de los brazos espirales, permitieron trazar un mapa casi completo (Fig. 5a y 5b), salvo la parte que está dentro de un cono donde los resultados de la determinación de las distancias a las nubes que componen los brazos espirales son ambiguos, puesto que la velocidad radial de éstas en esas regiones es muy pequeña.

Fig. 5a

Fig. 5b

 
(Diagrama esquemático de la estructura espiral de la Galaxia)

Los restos de Supernovas:
Las estrellas de 1 y 1/2 veces más grandes que nuestro sol (menos mal! esto nos tranquiliza...) están destinadas a explotar violentamente, (Vídeo 1) se calcula que en nuestra galaxia se produce un explosión cada 50 años. En los últimos 900 años fueron vistas solamente 4 de éstas, la mas reciente en el año 1987 en la NUBE MAYOR DE MAGALLANES a 160.000 años luz de distancia, fue la más cercana de todas y la misma contiene un pulsar en su interior. Se la denominó SUPERNOVA 1987 A.

 

Vídeo 1

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En oposición a la explosión de una supernova está la IMPLOSIÓN de su centro que conduce a la formación de una estrella de neutrones. La densidad de éstas es 10 mil millones de veces la densidad del agua. es decir 1 dm3 de una estrella de neutrones, pesaría 10.000.000.000 de Kg.

Las radiogalaxias:
Se ha observado que algunas galaxias emiten ondas de radio. La razón de esta emisión reside en la expulsión de chorros (jets) de plasma en direcciones opuestas a velocidades muy cercanas a la de la luz. El material expulsado del centro de esas galaxias termina chocando con el tenue material intergaláctico formando dos grandes burbujas gigantescas de dimensiones mas grandes que las galaxias que los forman. Las galaxias con actividad radial son llamadas de núcleo activo. Se cree que en sus centros existen agujeros negros de una masa superior al millón de soles, que en el proceso de acreción del gas circundante expulsan los chorros de plasma por medio de un fenómeno todavía desconocido.
Cygnus A es el ejemplo de mayor intensidad de este tipo de galaxias con jets (Fig. 6a) Por su intensidad, fue una de las primeras radiogalaxias descubiertas. Está situada en el hemisferio norte.

Fig. 6a (Cygnus A)

Fig. 6b (Centauro A)

En el cielo se suelen ver galaxias muy próximas entre sí. Algunos de estos pares están sufriendo una colisión real.
Otro Ej. está sobre nuestra cabeza. Es Centauro A, (Fig. 6b) observable en nuestro hemisferio sur. Es una verdadera colisión de galaxias. Una elíptica y otra aparentemente espiral vista de perfil.

Los quasars:
Su nombre se debe a que ópticamente parecen estrellas. En realidad se admite que no son estrellas, sino objetos muy lejanos (10.000 millones de años luz de distancia), luminosísimos y muy compactos, aunque no como un pulsar. Algunas mas radiantes que galaxias enteras y algo más grandes que el sistema solar comúnmente con una cantidad de gas de donde salen lazos o ôjetsö luminosos y radioemisores. Se cree que el centro de nuestra galaxia esconda algún agujero negro.
El radiotelescopio:
Es el instrumento óptimo para estudiar las radiofuentes. La unidad de potencia con que se miden las emisiones de ellas está dada por la cantidad de energía que recibe 1 m2 de superficie en watt, y una banda pasante de un Hz.
Esta unidad es exageradamente grande para las mediciones de la potencia recibida desde las radiofuentes, por lo que se usa una unidad sumúltiplo que es el Jansky.
La expresión matemática de éstos valores es igual a:

 
1 Jy. = 10-26 x  w x m-2 x Hz-1

Donde:
Jy = Jansky (unidad de Densidad de Flujo)
w = watt
m2 = metro cuadrado
Hz.= ciclo por segundo
En la siguiente tabla se registran las radiofuentes mßs importantes observables desde el hemisferio sur seg·n su importancia en potencia expresada en Jansky, y con sus coordenadas

TABLA DE RADIOFUENTES que emiten mas de 2.000 Jansky
 
Denominación
Potencia
Ascención Recta
Declinación
Mhz.
Centro Galáctico
     3.040 Jy
17hs  42'  42"
-28º 55' 00"
400  ***
Sol
750.000 Jy
--- --- ---
---- --- ---
600  ***
Centauro A
 11.000 Jy
13 hs 22' 24"
-42º 41' 00"
402 MHz a**
Cygnus A
 13.500 Jy
19 hs 57' 45"
+ 40º 36' 00"
600 MHz *
Casiopa A
 36.000 Jy
23 hs 21' 10"
+ 58º 33' 06"
178 MHz *** *
Fornax A
2.120 Jy
03 hs 20' 00"
– 37º 00' 00"
30 MHz **
Pulsar de Vela
 2,3 Jy
 Visible solamente con grandes radiotelescopios
   

*** (Visibles desde hemisferio sur con un radiotelescopio de aficionado)
**   (Difícilmente visible con radiotelescopio de aficionado)
*     (Invisible desde hemisferio sur)

RADIOASTRONOMÍA de AFICIONADO

!No es fantasía!..... Un radiotelescopio de aficionado (Fig.7) puede estar constituido por un televisor común, del que solo se usa la parte de video, cuyas características más corrientes deben ser:
1¦ Funcionamiento hasta 900 MHz.
2¦ Banda pasante de algunos MHz.
3¦ Medidor de amplitud de señal
Las contras que tiene son:
a ) Relación señal ruido mala
b ) Formato de banda pasante trapezoidal
c ) Poca estabilidad
Es importante que su conexión a la línea sea a través de un transformador de aislación de relación 1 a 1
Con este instrumento podrán detectarse el sol, el centro galáctico y si estuviéramos en el hemisferio norte, Casiopeia A y Cygnus A

Haciendo clic sobre la imagen, se agranda
(Fig.7)

El televisor debe tener un conversor de VHF de buena calidad, preferiblemente todo transistorizado y con estabilizador de tensión. Fig. 7., también deberá desactivase el AGC (Control automático de ganancia)

No hay nada más que conectarlo a una buena antena multi-elemento, orientable en ambos ejes, ajustada en la frecuencia de un canal de televisión no ocupado por estaciones locales o repetidoras de TV. Conviene usar un cable coaxil de muy bajas pérdidas, de 75 Ohms de impedancia.

Apuntando al sol y desplazando la antena sobre el mismo, deberá notarse una variación en el instrumento colocado a la salida del televisor como ser: un miliamperímetro electrónico, compuesto por un amplificador operacional e integrador, según puede observarse en el esquema.

El miliamperímetro puede ser protegido colocando entre sus bornes 2 diodos de silicio en paralelo invertidos uno respecto del otro. Si la sensibilidad fuera excesiva podrá colocarse una resistencia en serie al voltímetro electrónico. Los valores de los elementos del circuito están expresados en la figura.

Si se desea hacer un registro sobre papel, se reemplazará el micro-amperímetro por un registrador de aguja y tinta como los de electrocardiografía, y si se quiere visualizarlo en la pantalla de un monitor de computadora, deberá agregarse un conversor de analógico a digital a la entrada a la P.C.

El Departamento de Radioastronomía de la (A. A. A. A.) Asociación Argentina Amigos de la Astronomía en parque del Centenario en la Ciudad de Buenos Aires, es el único a nivel aficionado en Sudamérica; que podrá brindarle asesoramiento sobre la materia, e incluso podrá participar en la actividad que desarrolla dicho departamento, si se cumple con las disposiciones estatutarias que lo rigen.

Dr. José C. Caldararo

Participaron en el presente tema el Ingeniero Jesús López como revisor. y el Sr. Eduardo De Tommaso, como compaginador. Se les agradece la colaboración.