Cómo las ondas de radio nos ayudan a comprender el universo

El ser humano percibe el universo con luz visible que se puede ver a simple vista. Sin embargo, hay más en el universo de lo que vemos con la luz visible, que proviene de estrellas, planetas, nebulosas y galaxias. Estos objetos y eventos en el universo también emiten otras formas de radiación, incluida la radiación de radio. Estas señales naturales llenan una parte importante del universo: cómo y por qué los objetos en él se comportan como lo hacen.

Las ondas de radio son ondas electromagnéticas (luz), pero no podemos verlas. Sus longitudes de onda van desde 1 milímetro (una milésima de metro) hasta 100 kilómetros (un kilómetro equivale a 1.000 metros). En términos de frecuencia, esto equivale a 300 gigahercios (un gigahercio equivale a mil millones de hercios) y 3 kilohercios. Hertz es una unidad de medida de frecuencia de uso común. Un hercio es igual a un ciclo de frecuencia. Entonces, una señal de 1 Hz es un ciclo por segundo. La mayoría de los objetos cósmicos emiten señales a cientos o miles de millones de ciclos por segundo.

La gente suele confundir las emisiones de "radio" con lo que la gente puede oír. Esto se debe en gran medida a que utilizamos la radio para comunicarnos y entretenernos. Sin embargo, los humanos no "escuchan" las radiofrecuencias de los objetos cósmicos. Nuestros oídos pueden detectar frecuencias de 20 Hz a 16.000 Hz (16 kHz). La mayoría de los objetos cósmicos emiten en frecuencias de megahercios, mucho más altas de lo que el oído puede oír. Es por eso que a la radioastronomía (junto con los rayos X, la luz ultravioleta e infrarroja) a menudo se le atribuye el mérito de revelar un universo "invisible" que no podemos ver ni oír.

Las ondas de radio suelen ser emitidas por objetos y actividades de alta energía en el universo. El Sol es la fuente de emisiones de radio más cercana más allá de la Tierra. Júpiter también emite ondas de radio, al igual que Saturno.

Una de las fuentes de emisión de radio más potentes fuera del sistema solar y de la Vía Láctea proviene de galaxias activas (Agns). En el corazón de estos objetos dinámicos se encuentran los agujeros negros supermasivos. Además, estos agujeros negros producirán enormes chorros de material que brillarán con emisiones de radio. En frecuencias de radio, a menudo pueden eclipsar a galaxias enteras.

Los púlsares, o estrellas de neutrones en rotación, también son poderosas fuentes de ondas de radio. Estos objetos poderosos y densos nacen cuando estrellas masivas mueren como supernovas. En términos de densidad última, sólo son superados por los agujeros negros. Debido a sus fuertes campos magnéticos y sus rápidas velocidades de rotación, estos objetos emiten un amplio espectro de radiación y brillan especialmente en la radio. Al igual que los agujeros negros supermasivos, los polos magnéticos o las estrellas de neutrones en rotación emiten potentes chorros de radio.

Muchos púlsares reciben el nombre de "radiopúlsares" debido a sus fuertes emisiones de radio. De hecho, los datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi revelaron un nuevo tipo de púlsar que es más fuerte en rayos gamma, en lugar de la radio más común. Se crean mediante el mismo proceso, pero sus rayos nos dicen más sobre la energía involucrada en cada objeto.

Los propios restos de supernovas pueden ser emisores de ondas de radio particularmente potentes. La Nebulosa del Cangrejo es famosa por sus señales de radio y la escritora Jocelyn Bell determinó su existencia estudiando las señales de radio.

La radioastronomía es el estudio de objetos y procesos en el espacio que emiten radiofrecuencias. Todas las fuentes detectadas hasta ahora ocurren de forma natural. En la Tierra, esta radiación es recogida por radiotelescopios. Estos son instrumentos grandes porque el área del detector debe ser mayor que la longitud de onda detectable. Debido a que las ondas de radio pueden ser mayores que un metro (a veces mucho más grandes), el alcance suele ser de más de unos pocos metros (a veces 30 pies de ancho o más). Algunas longitudes de onda pueden ser tan grandes como montañas, por lo que los astrónomos han construido una amplia gama de radiotelescopios.

Cuanto mayor sea el área de captación en comparación con el tamaño de la onda, mejor será la resolución angular del radiotelescopio. (La resolución angular se refiere al poder de resolución de un sistema de imágenes o un componente del sistema. Es decir, la capacidad del sistema de imágenes o componente del sistema para diferenciar entre la distancia mínima entre dos objetos adyacentes).

Dado que las ondas de radio pueden tener longitudes de onda muy largas, los radiotelescopios estándar deben ser muy grandes para lograr precisión.

Pero como construir radiotelescopios del tamaño de un estadio es caro (especialmente si se quiere que tengan alguna capacidad de dirección), se necesita otra técnica para lograr el efecto deseado.

La radiointerferometría se desarrolló a mediados de la década de 1940 con el objetivo de lograr una resolución angular coordinada de alta precisión que podía obtenerse a partir de antenas de mariposa muy grandes y sin coste alguno. Los astrónomos logran esto utilizando múltiples detectores de mariposas paralelos entre sí. Todos trabajan en el mismo objeto al mismo tiempo que los demás.

Trabajando juntos, estos telescopios funcionan efectivamente como un telescopio gigante, del tamaño de todo el grupo de detectores. Por ejemplo, el conjunto de línea de base muy grande tiene detectores a 8.000 millas de distancia. Idealmente, un grupo de radiotelescopios a varias distancias de separación trabajarían juntos para optimizar el tamaño efectivo del área de recolección y aumentar la resolución del instrumento.

Con la invención de la tecnología avanzada de comunicaciones y sincronización, se ha hecho posible utilizar telescopios que están muy alejados entre sí (desde diferentes puntos del mundo, incluso en la órbita terrestre). La técnica, llamada interferometría de base muy larga (VLBI), mejora significativamente el rendimiento de los radiotelescopios individuales y ayuda a los investigadores a detectar algunos de los objetos más energéticos del universo.

La banda inalámbrica también se superpone con la banda de microondas (de 1 mm a 1 metro). De hecho, lo que a menudo se llama radioastronomía es en realidad astronomía de microondas, aunque algunos instrumentos de radio detectan longitudes de onda mucho más allá de 1 metro.

La fuente de confusión proviene de aquí, ya que algunas publicaciones enumerarán las bandas de microondas y las bandas de radio por separado, mientras que otras publicaciones simplemente usarán el término "radio" para incluir tanto las bandas de radio clásicas como las bandas de microondas.