COLEGIO CONCEPCIÓNPEDRO DE VALDIVIA

RADIOASTRONOMÍA ...

UNA TECNOLOGÍA QUE NOS ABRE LAS PUERTAS HACIA EL UNIVERSO

Alumna: Gretchen Günther A.Profesora: Fabiola ReyesRamo: Física

Concepción, 11 de Julio del 2006

INTRODUCCIÓN

El hombre ha venido observando el cielo desde la prehistoria, sintió curiosidad y quiso saber y comprender que era lo que pasaba allá arriba. Cuando uno de nuestros antepasados, con su andar bípedo recién estrenado, miró hacia arriba y vio el cielo, fue un acto que, aunque trivial hoy día, hace miles de años marcó una clara diferencia entre el Homo sapiens y sus antecesores.

Como en muchas otras situaciones, nuestro antecesor sintió curiosidad y quiso saber y comprender que era lo que pasaba allá arriba. Primero se valió de sus ojos desnudos y descubrió objetos que le llamaron la atención debido al tamaño que tenían: el Sol y la Luna. Luego se animó a pasar noches en vela fuera de su morada y descubrió objetos "fijos" (las estrellas) y otros "errantes", es decir, que cambiaban de posición (los planetas).

Más tarde, comenzó a clasificarlos y a ponerles nombre según evolucionaba su capacidad de comunicarse. Siglos después, de la noche de insomnio del hombre primitivo, nació la ciencia que hoy conocemos como astronomía.

La astronomía estudia la posición, movimientos y constitución de los cuerpos celestes. Sabemos que la materia del universo se concentra en inmensas aglomeraciones de estrellas y nebulosas gaseosas llamadas galaxias. El conocimiento que tenemos actualmente de estos astros, en todo sentido, procede de los estudios de la radiación que emiten, absorben, reflejan o difunden, abarcando también a el conjunto de radiaciones electromagnéticas (ondas radio, ultravioleta, rayos x, rayos gamma, etc.) las cuales se efectúan desde el suelo mediante instrumentos muy útiles para este estudio, como lo son los telescopios y los radiotelescopios.

Mas de alguna vez cualquiera de nosotros se ha parado una noche a ver el cielo, pero, ¿por donde empezar a observar?... las respuestas dependen si se tiene acceso a un par de binoculares o mejor aún, a un telescopio, la calidad del lugar de observación y la localización geográfica.

Aún sin instrumentos especiales, uno puede aventurarse a salir en un crepúsculo despejado para ver como emergen gradualmente las estrellas al aumentar la oscuridad, es algo hermoso, un paisaje lleno de misterios que nos hace pensar mas allá de lo que vemos, sabemos que somos una pequeñísima parte del universo...pero ¿cómo será la otra parte?...si bien la astronomía es una ciencia muy avanzada aún nos queda mucho por crecer para poder entender todas las incógnitas del universo.

DESARROLLO

La Radioastronomía es una rama de la Astronomía que se ocupa de analizar la emisión de ondas de radio de los cuerpos celestes. Las ondas son captadas por la antenas de los radiotelescopios y transformarlas en imágenes

1.- RADIOTELESCOPIOS:

Tras la invención de la radio, a principios del siglo XX, muchos entusiastas compraron sus aparatos y se pusieron a escuchar. Algunos de ellos lo hicieron, incluso, en frecuencias donde no se suponía que estuviera transmitiendo alguna estación.

Fue así como en 1932 el radiotécnico estadounidense Karl Jansky descubrió ciertas señales de radio que “creía” provenían del espacio exterior. Este descubrimiento fue confirmado en 1938 por otro estadounidense, el ingeniero Grote Reber (1911-2002). Tras la guerra, en 1946 se reanudaron las investigaciones y se diseñó el primer radiotelescopio.

El funcionamiento del radiotelescopio es muy similar al del telescopio reflector, ya que frente a las ondas de radio, se comporta como un gigantesco espejo. La diferencia es que en el foco, en lugar de un instrumento óptico que posee el telescopio reflector, se halla un “receptor de radio”.

Dicho equipo electrónico cumple la función de separar a la señal proveniente del espacio de lo que se conoce como "ruido" y amplificarla convenientemente. La limitación tecnológica de los telescopios no es aplicable a los radiotelescopios, ya que, al ser construidos con metal, en lugar de cristal, pueden alcanzar las dimensiones deseadas sin perder precisión

1.- Espejo secundario 6.- Guía de onda subterránea2.- Onda radio 7.- Soporte fijo3.- Espejo primario o parabólico 8.- Receptor (foco primario)4.- Empalme 9.- Antenas receptoras5.- Hacia el centro de control

En la figura se puede apreciar que los rayos de onda radio (ondas electromagnéticas de menor frecuencia y de menor energía que las del espectro visible) se reflejan en el espejo primario de forma cóncava hacia el espejo secundario del radiotelescopio que se encuentra en la parte superior del centro del aparato, la cual a su vez, al recibir estas ondas, las refleja hacia la antena receptora, enviándolas mediante una guía subterránea de la onda a el centro de control donde finalmente se estudian.

El espejo primario o también llamado antena parabólica, es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico y también por ser utilizadas a frecuencias altas.

Las antenas parabólicas pueden ser usadas como antenas transmisoras o como antenas receptoras. En el caso de los radiotelescopios, la antena parabólica tiene la función de transmitir las ondas, por lo tanto el reflector parabólico refleja la ondas electromagnéticas hacia el espejo secundario tal como muestra la siguiente figura:

En los radiotelescopios, el “foco principal” corresponde a un espejo secundario, que al igual que la antena parabólica, tiene como función reflejar las ondas hacia la antena receptora.

Los radiotelescopios, a pesar de su sofisticada electrónica, al igual que los telescopios comunes, enfrentan una barrera ineludible: antes de alcanzar los detectores o receptores, las ondas de radiofrecuencia deben atravesar la atmósfera que actúa como un filtro, alterando y debilitando la información que llega a la superficie de la Tierra.

Afortunadamente, la solución a este problema se concretó a fines de la década de los 80’, mediante cuantiosas inversiones, tecnología ultra sofisticada y por sobre todas las cosas, un caudal ilimitado de imaginación. Fue entonces cuando se puso en órbita el primer observatorio espacial.

Uno de los radiotelescopios mas grande e importante que existe en el mundo es el RATAH-600, corresponde a un centro de observación en Rusia ubicado en 15000 metros cuadrados, con 985 antenas ubicadas una al lado de la otra formando una gran circunferencia de 576 metros de diámetro

Existen también otros centros de observación radioastronómicos donde el tamaño de los radiotelescopios es menor, generalmente la antena de cada uno mide 53 metros como los de VERY LARGE ARRAY que cuenta con 27 radio antenas situadas en las llanuras de San Agustín en Estados Unidos.

2.- ESTRELLAS DE NEUTRONES:

Las estrellas son esferas de plasma autogravitante, en equilibrio hidrostático, que genera energía en su interior mediante reacciones termonucleares, la cual es emitida al espacio en forma de radiación electromagnética, neutrinos y viento estelar.

Las estrellas se forman a partir de la contracción de grandes nubes de de materia interestelar . Cuando su temperatura es suficientemente elevada se desencadenan reacciones termonucleares en sus regiones centrales. La evolución del proceso comporta una sucesión de periodos durante los cuales las estrellas se contraen bajo el efecto de su propia gravitación; la materia que las forma experimenta un calentamiento progresivo , que permite el desencadenamiento de reacciones nucleares entre elementos cada vez mas pesados.

Durante la mayor parte de su vida, las estrellas extraen su energía de la transformación de hidrógeno en helio. Cuando su combustible nuclear se agota, las estrellas pasan por una fase explosiva y a continuación experimentan una ultima fase de colapso gravitacional que genera, según sea la masa, distintos tipos de estrellas.

Una estrella de neutrones es un remanente estelar dejado por una estrella después de agotar el combustible nuclear en su núcleo y explotar como una supernova tipo II. La masa de la estrella original debe ser mayor que 8 masas solares y menor que un cierto valor que aún se desconoce. Para masas menores que 8 masas solares la estrella degenera en una enana blanca, formando a su alrededor una nebulosa planetaria, mientras que para masas mayores al impreciso límite superior, la estrella degenera en un agujero negro.

1. Supernova tipo II2. Agujero negro

3. Estrella de neutrones

4. Enana blanca

Sabemos que las estrellas de neutrones son productos residuales de la explosión de una supernova, ya que estarían conformadas por las densas cenizas desprendidas del núcleo de hierro de una masiva estrella colapsada.

La densa materia de que hablamos comienza a rotar con la explosión supernóvica, en la medida que se van despejando los gases y materiales resultantes de la gran explosión, va quedando atrás una estrella de neutrones de entre 6 y 20 kilómetros de diámetro que puede girar con una rapidez denominada Púlsar hasta 30 veces por segundo, sin emitir radiaciones de radio o pulsaciones ópticas.

Se les llama estrella de neutrones debido a que está formada únicamente por partículas subatómicas llamadas neutrones (con carga neutra) debido a que los electrones (con carga negativa) y los protones (con carga positiva) se combinan a causa de la altísima densidad que posee la estrella. Una de las principales características de este tipo de estrellas es que se sostienen del colapso gravitatorio mediante la presión de degeneración de los neutrones.

Como son astros con un gran campo magnético atrayente y pueden ser proveídos de materia acumulada en sus alrededores después de la explosión supernóvica, cuentan con los ingredientes necesarios para llegar a hacer poderosos aceleradores.

La estructura de una estrella de neutrones, se puede dividir en tres partes:

• La primera es una capa gaseosa formada por neutronios (no están constituidos por átomos si no que por una especie de “sopa de neutrones”) que en constante movimiento rodea al cuerpo de la estrella.

• La segunda es la corteza de la estrella, caracterizada por ser muy sólida al estar formada por hierro y por poseer unos cuantos metros de espesor.

• La tercera parte corresponde al núcleo de la estrella formada por neutrones los cuales crean una materia tan densa en el interior profundo de la estrella, que una cucharada de la misma podría llegar a pesar mil millones de toneladas.

A causa del principio de conservación del momento angular, es decir, de la

conservación de la energía cinética de rotación, las estrellas de neutrones giran a velocidades elevadas. Poseen además campos magnéticos tremendamente intensos, todo lo cual conduce a la emisión de energía en forma de dos haces muy estrechos de ondas de radio desde sus polos magnéticos de grandes cantidades.

Al girar la estrella el efecto es similar al haz de luz emitido por un faro. Cuando se detecta la emisión de una estrella de neutrones, se observa pues que el haz aparece y desaparece periódicamente, como si pulsase. Por esta razón, se le llama púlsares a la rapidez con que las estrellas de neutrones giran.

Aunque en tamaño generalmente no supera los 20 kilómetros de diámetro, una estrella de neutrones presenta un campo gravitatorio en su superficie cien mil millones de veces superior al que se experimenta en la superficie terrestre

Con el tiempo la estrella va dejando de girar y pasa a convertirse en una estrella de neutrones apagada, indetectable salvo por perturbaciones gravitatorias sobre otros astros.

Existen diferentes formas de detectar a las estrellas de neutrones. Algunas de ellas son mediante emisiones de radioseñales midiendo las frecuencias de los pulsares, mediante rayos X debido a que actúan como fuentes de estos rayos, ocasionalmente mediante rayos gamma, mediante el estudio del comportamiento de rotación de las

estrellas y mediante lentes gravitatorios que enfocan rayos de luz desde la estrella hacia la tierra por efecto de gravedad ( predicho por Einstein en su Teoría de la relatividad general )

3.- APORTES DE ANTHONY HEWISH Y JOCELYN BELL:

En el verano de 1967 Anthony Hewish (nacido en el año 1924 en Cornwal, Inglaterra) junto a sus colaboradores de la Universidad de Cambridge, entre ellos Jocelyn Bell (nacida en el año 1943 en Belfast, Irlanda), estudiante graduada de física en la Universidad de Glasgow y alumna de Hewish para conseguir un doctorado en la Universidad de Cambridge, detectaron por accidente, emisiones de radio en los cielos que en nada se parecían a las que se habían detectado hasta entonces. Llegaban en impulsos muy regulares. La fuente emisora recibió el nombre de “estrella pulsante” o “pulsar” en abreviatura .

La señal del primer púlsar que se detectó, tenía un intervalo exacto de 1,33730113 segundos. Este tipo de señales únicamente se pueden detectar utilizando un radiotelescopio. De hecho, cuando en julio de 1967 Jocelyn Bell y Antony Hewish detectaron estas señales de radio de corta duración, pensaron que podrían haber establecido contacto con una civilización extraterrestre, dada a la precisa regularidad de la emisión. Denominaron a su fuente LGM (Little Green Men) debido a ello. Tras una rápida búsqueda se descubrieron 3 nuevos púlsares emitiendo en radio a diferentes frecuencias por lo que pronto se concluyó que estos objetos debían ser producto de fenómenos naturales y no por extraterrestres.

Durante los dos años siguientes se descubrieron un número bastante grande de tales púlsares, por qué no se descubrieron antes. El caso es que un pulsar radia mucha energía en cada impulso, pero estos impulsos son tan breves que por término medio la intensidad de radio ondas es muy baja, pasando prácticamente inadvertida. Es mas, los astrónomos creían que las fuentes de ondas de radio emitían energía a los impulsos intermitentes.

Este descubrimiento fue premio novel en el año 1974, pero incluso ahora en la actualidad es discutido debido a que para la impresión de todos, el premio fue dirigido a Anthony Hewish y a Martin Ryle, dejando de lado a Jocelyn Bell únicamente por ser estudiante de doctorado pese a que ella fue la primera en darse cuenta de la señal de radio.

CONCLUSIÓN

La Astronomía es una ciencia muy antigua, empezó hace millones de años, cuando los primeros hombres se comenzaron a preguntar que era el cielo y las cosas brillantes que había en él.

Sin duda alguna, esta ciencia ha ido modificándose, evolucionando junto con el hombre permitiendo conocer y comprender mucho mejor los enigmas del universo, de la vida.

Dentro de la Astronomía, existe una ciencia mucho mas especifica llamada radioastronomía, la cual estudia los objetos celestes y los fenómenos astrofísicos midiendo la emisión de su radiación en la región de radio del astro.

Para llevar a cabo la Radioastronomía se utilizan unos instrumentos muy avanzados llamados radiotelescopios, los cuales son un tipo especial de telescopios pero en vez de recibir ondas de luz reciben ondas electromagnéticas.

Muchos científicos y físicos que se han dedicado a esta causa, han hecho importantes contribuciones al tema y han permitido de esta forma ir construyendo poco

a poco un tipo de “escalera hacia la verdad del universo”, sin duda que es muy grande pero aun falta mucho para llegar al final.

Jocelyn Bell, junto a su profesor Anthony Hewish, ayudó muchísimo a avanzar en esta gran “escalera” de la Radioastronomía, ya que mediante los radiotelescopios descubrió a las estrellas de neutrones y con ello sació una gran cantidad de dudas.

Ya llevamos aproximadamente 150.000 millones de años en esto, quien sabe cuanto tiempo pasará para que el hombre descubra quién es, dónde está y porqué...

“Lo importante es no dejar de hacerse preguntas...” ALBERT EINSTEIN

BIBLIOGRAFÍA

• DICCIONARIO EL PEQUEÑO LARUSSE ILUSTRADO Editorial colombiana Deco Ltda. 1998 pp. 114, 115, 116, 117, 424, 425, 847,

849, 1788

• ENCICLOPEDIA LAROUSSE ILUSTRADA “ DESCUBRIMIENTOS E INVENTOS”

Editorial Santiago Ltda. 2000 pp. 50

• CANDIA, Alejandro y VERDUGO, Hernán FÍSICA 1 º MEDIO Editorial Arrayán 2002 pp.78,79,86,94

LINKOGRAFÍA

• http://www.sao.ru/hq/lrk/index.html.en

• http://es.wikipedia.org/wiki/Radiotelescopio

• http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:USA.NM.VeryLargeArray.02.jpg

• http://www.geocities.com/jf_ravelo/

• http://www.roen.inpe.br/frames/roen.htm

• http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_19.htm

• members.shaw.ca/ pulsars/who.htm

• www.daviddarling.info/ encyclopedia/H/Hewish.html

• http://www.ingenious.org.uk/See/?s=S2&target=ctx&DCID=1983-5236_DHA7028

• www.astrocosmo.cl/ h-foton/h-foton-03_07.htm

• http://usuarios.lycos.es/seip/fotos/bre43-2.gif

• http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-03_07-04.htm

• ar.geocities.com/astroicaro/diccionario.htm