🧵 Hilo de
Ivan Marti Vidal
¿Sabíais que en el Universo pueden producirse "rayos láser" de forma natural? ¿Y que observando esos rayos podemos, desde estudiar los vientos de viejas estrellas, hasta incluso pesar agujeros negros? ¡Dentro hilo radioastronómico para explicároslo!
Antes que nada, habrá que explicar cómo se produce un "láser". Los átomos, o moléculas, que forman un medio no tienen todos la misma energía, sino que se van excitando y desexcitando, pasándose la energía entre ellos, absorbiéndola del exterior, emitiéndola como radiación, etc.
Si hay muchas colisiones en el sistema, ya sea entre las mismas partículas o con la radiación que venga del exterior, se llega a lo que llamamos "el equilibrio termodinámico", donde la distribución de energía se estabiliza a nivel de población (aunque siga habiendo colisiones).
Pero, bajo condiciones muy especiales, si excitamos el medio de forma correcta, podremos obtener lo que llamamos una "inversión de población", donde la mayoría de las partículas estarán "excitadas" con una energía superior a la que "deberían" tener para llegar al equilibrio.
A la Naturaleza no le gusta almacenar energía. Los sistemas prefieren librarse de ella (por ejemplo, en forma de radiación). En este caso, solo con que una partícula emita un fotón que la desexcite, podrá empezar una reacción en cadena que haga que las demás le sigan el ejemplo.
Este efecto, que es la clave de los rayos láser, se llama "emisión estimulada" y fue modelado por Albert Einstein (¡qué no habrá hecho ese tío!). Tiene la propiedad de que todos los fotones emitidos de forma "estimulada" apuntan en la misma dirección y tienen la misma fase.
Esto hace que los rayos láser puedan ser muy "colimados" (o sea, puedan propagarse grandes distancias sin apenas ensancharse) y lleven consigo una gran cantidad de energía, concentrada en una línea espectral muy estrecha.
Para que se produzca este efecto, necesitamos que la energía de excitación de las partículas esté cuantizada y que, además, esos niveles excitados sean un poquitín estables (para que toda la población tenga tiempo de "invertirse" antes de que empiece y acabe la fiesta).
Todos sabemos que las energías de los electrones en orbitales atómicos están cuantizadas. Pero lo que algunos no saben es que las moléculas también tienen cuantizadas sus energías de rotación y vibración. O sea, que las moléculas no pueden vibrar ni rotar como les dé la gana.
Al cambiar sus estados de rotación y/o vibración, las moléculas emiten ondas de radio. Así pues, si en un gas tenemos una "inversión de población" de niveles de rotación o vibración, podremos producir un "láser de ondas radio" (también conocido como "máser").
Y ahora viene la parte astronómica. En algunos lugares del medio interestelar, donde hay un gas molecular poco denso y un cuerpo cercano que le "bombea" energía (de forma continuada), podrá obtenerse una inversión de población de forma totalmente natural que emita "rayos máser".
Algunos de estos rayos saldrán disparados hacia la Tierra y podremos observarlos con nuestros radiotelescopios. Hay muchas moléculas que pueden generar máseres en el Universo. En esta figura, tenéis una imagen de máseres de óxido de silicio alrededor de una vieja estrella.
Con estos máseres podemos estudiar los vientos de viejas estrellas o las regiones con formación activa de nuevas estrellas... Y también los podemos usar como "balanzas" de agujeros negros. ¿Cómoooorrr?
Imaginad un agujero negro supermasivo rodeado por un disco de material que va cayendo a él lentamente. Ahora, imaginad que en ese disco hay tenues nubes con moléculas de agua capaces de lanzarnos rayos máser. Pues bien, como la frecuencia de un máser está muy bien definida, [...]
[...] si observamos esos discos a muy alta resolución (con la técnica VLBI, de la que ya os he hablado) y medimos el corrimiento Doppler de los máseres en función de la distancia al agujero negro, podremos, usando las leyes de Kepler, inferir la masa central del agujero negro.
Y no solo eso, sino que, estudiando también la aceleración de estos máseres (de nuevo, gracias al efecto Doppler), podremos, además, medir su distancia a la Tierra de forma DIRECTA, usando simple trigonometría.
Ojo, porque esto que acabáis de leer es muy fuerte: puede medirse, de una forma tan directa como el método de la paralaje, la distancia a agujeros negros situados a decenas de millones de años-luz. Eso es lo que hicieron, por ejemplo, Miyoshi et al. (1995) con la galaxia NGC4258.
Así es, Miyoshi (el mismo del que hablábamos en @pcoffeebreak hace un tiempo; curoso, ¿no?) observó con VLBI los máseres de agua que orbitan al agujero negro de NGC4258 y, con esto, midió su masa y, usando simple trigonometría, su distancia a la Tierra.
Y con esto voy acabando el hilo radioastronómico. No olvidéis compartir si os ha resultado curioso (abajo tenéis el enlace al primer tuit).
Veamos si (Muskerías mediante), dentro de poco puedo hablaros de un artículo que hemos enviado a una revista muy molona (¡si lo aceptan!).
