Astrofísica

¿Por qué el telescopio espacial James Webb (JWST) verá el espacio en luz infrarroja?

Las imágenes infrarrojas permiten a JWST ver objetos celestes que antes estaban ocultos por nubes espesas y también ayudan a explicar el desplazamiento hacia el rojo de la luz en el espacio. Por lo tanto, nos permite observar estrellas y galaxias antiguas y distantes del Universo Temprano.

JWST (también conocido como «Webb») nos brindó una nueva perspectiva y una nueva forma de ver los eventos del pasado (hace unos 13.500 millones de años).

Sin embargo, el ojo modificado que proporciona no tiene la misma mecánica que el ojo humano. En lugar de observar el espectro de luz visible (que los humanos pueden ver), JWST prefiere observar la luz infrarroja sobre otros espectros de luz. Dado que el ojo no puede ver la mayor parte de la luz emitida por los objetos celestes, es apropiado referirse a él como el «nuevo ojo», considerando sus capacidades y resultados.

Pero, ¿cuáles son los beneficios de mirar el rango infrarrojo en longitudes de onda más largas, como el espectro de microondas y ondas de radio? Antes de responder a esto, debe entenderse que diferentes espectros de luz son simplemente diferentes longitudes de onda de energía producidas por la misma fuente de luz (ver imagen a continuación). Cuanto más corta es la longitud de onda, más energía transporta la luz. ¡Por eso debemos evitar la radiación ultravioleta emitida por el sol! Son longitudes de onda poderosas que pueden causar daños en el ADN.

¿Qué son los espectros de luz? ¿Y qué usan otros telescopios para obtener imágenes?

Seis de los siete espectros de luz son invisibles para nosotros. Como resultado, nuestros ojos solo ven un pequeño porcentaje de todo lo que produce luz, las longitudes de onda de la «Luz visible», de 4 10-7 a 7 10-7. Como se muestra en el gráfico anterior, las ondas de radio tienen las longitudes de onda más largas, los rayos gamma tienen las longitudes de onda más cortas y los infrarrojos tienen una longitud de onda más larga que la luz visible.

El nombre «infrarrojo» se usa porque este rango de luz cae ligeramente por debajo de las longitudes de onda de la luz roja visible, mientras que las longitudes de onda por encima del espectro visible aparecen más azul/violeta, de ahí el título «Ultravioleta». Entonces, ¿qué tiene que ver un espectro de luz con imágenes telescópicas?

Los telescopios usan detectores y cámaras para filtrar diferentes longitudes de onda, asegurando que solo las longitudes de onda deseadas se recolecten y transformen electrónicamente para su visualización. En comparación con sus predecesores, JWST tiene suficientes detectores sensibles (incluidas la cámara de infrarrojo medio y la cámara de infrarrojo cercano) para ver el espectro completo de luz infrarroja y tomar fotos de luz más nítidas y detalladas que nos ofrecen desde miles de millones de años luz de distancia. .

Por otro lado, el Telescopio Espacial Hubble detecta luz en el espectro visible, mientras que el Telescopio Espacial Spitzer observa luz en un rango más corto dentro del espectro infrarrojo. Además, el Observatorio de rayos X Chandra ve luz en su espectro de rayos X. Como resultado, podemos decir que cada telescopio nos brinda diferentes perspectivas para observar el universo.

¿Cuáles son las ventajas de utilizar la radiación infrarroja en los telescopios?

Dado que las diferentes longitudes de onda de la luz reflejan procesos y eventos específicos en el espacio, el uso del espectro infrarrojo nos brinda una perspectiva y una lente diferentes para nuestro Universo. Como resultado, hay muchas razones por las que se prefiere el infrarrojo a las longitudes de onda más largas, como las microondas o las ondas de radio. La capacidad de la luz infrarroja para atravesar nubes densas y gélidas de polvo y gas (en comparación con otras longitudes de onda), un fenómeno conocido como «desplazamiento al rojo», y la relación entre la longitud de onda y la temperatura son las tres razones fundamentales por las que JWST utiliza la observación infrarroja. .

¿Nubes transparentes?

La radiación infrarroja tiene la capacidad única de penetrar nubes espesas de polvo y gas que otras longitudes de onda de luz no pueden penetrar. Cuando se ven a través de los rangos visible o ultravioleta, estas nubes frías y densas son opacas, ya que las pequeñas partículas de polvo en el interior pueden absorber las longitudes de onda más cortas de la luz. Por lo tanto, cuando estas longitudes de onda cortas se utilizan para obtener imágenes, evita la detección de la luz de los objetos detrás o dentro de las nubes, y solo se observa el resplandor de la nube. ¡Esto es difícil, ya que se pueden encontrar áreas de formación estelar dentro de estas nubes!

Después de ser escaneado con luz infrarroja, el polvo comienza a perder su capacidad de encubrir y ocultar cualquier cosa dentro y detrás de él. Por lo tanto, JWST puede ver cosas que antes parecían insuperables y eventualmente revelará las primeras estrellas y galaxias en nuestro Universo que antes estaban ocultas.

El corrimiento al rojo puede ser confuso

Inicialmente, uno de los principales objetivos de JWST era examinar algunas de las primeras estrellas, galaxias y planetas que se formaron después del comienzo del universo. ¡Como resultado, Webb debe analizar áreas del espacio que no están lejos de nosotros! A medida que miramos más profundamente en el espacio, podemos mirar más atrás en el pasado, debido al tiempo que tarda la luz en viajar y llegar a nosotros. Desde un punto de vista cósmico, ¡la velocidad de la luz podría ser bastante lenta para los astrónomos!

Aquí se presenta el principio del corrimiento al rojo, que a veces puede dar miedo, pero tratemos de entenderlo ahora, ya que es un fenómeno físico significativo que ocurre en las ondas de luz. ¡En la década de 1920, se descubrió que el Universo se está expandiendo a un ritmo acelerado nada menos que por Edwin Hubble! También notó que a medida que miramos más hacia el espacio, los objetos se alejan más rápido de nosotros debido a la expansión del universo, lo que provoca un desplazamiento hacia el rojo.

A medida que el universo se expande, la luz emitida por objetos viejos y distantes se extiende a longitudes de onda más largas. Como resultado, la estructura del espacio-tiempo habría extendido tanto su longitud de onda que la luz de las galaxias y estrellas en el universo primitivo estaba aumentando considerablemente en el espectro infrarrojo.

Este fenómeno de aumento/extensión de las longitudes de onda de la luz hacia el espectro infrarrojo se denomina “desplazamiento al rojo”. Por lo tanto, Webb necesita ver el universo antiguo con detectores de infrarrojos, para ver algo de la luz más antigua que ha sido «cambiada» durante 13,6-13,8 mil millones de años.

Ojos térmicos en el espacio

Consideremos las cámaras térmicas por un momento. Todas estas cámaras, como la JWST, tienen sensores infrarrojos. Desde los aeropuertos hasta el espacio exterior, la radiación infrarroja es la mejor para detectar los cambios de temperatura más pequeños, lo que simplifica la comprensión de conceptos relacionados con la temperatura, como la luminosidad, el brillo, la composición molecular, etc. Contrariamente a la creencia popular, muchos objetos celestes, como nebulosas, planetas y estrellas antiguas, son relativamente fríos (en comparación con las estrellas brillantes).

Arriba hay un escaneo térmico (infrarrojo) de las manos de una persona. En estos escaneos, las regiones azules son más frías, mientras que las partes amarillas/naranjas/rojas son más cálidas. Estamos condicionados a asociar el rojo con el calor, pero esto solo es cierto en imágenes térmicas, por razones convencionales. ¡En el espectro electromagnético, el azul brillante es mucho más cálido que el rojo brillante! (Crédito de la foto: Estudio Cipta/Shutterstock)

Podemos detectar la luz infrarroja para inferir lo que ocultan los objetos masivos, como las nubes de polvo, que de otro modo serían opacos a la luz visible. Esto es posible ya que cuanto más frío (menos energético) es algo, más larga es su longitud de onda. La luz, el brillo y la temperatura tienen una relación directa que se puede observar y comprender mejor cuando se utiliza la radiación infrarroja, ya que las estrellas y galaxias más antiguas son más frías y menos energéticas.

¡Las estrellas más jóvenes y calientes emiten más luz visible!

Conclusión

Al comprender cómo funciona el infrarrojo, podemos reconocer que tiene más ventajas que otras longitudes de onda de luz en términos de descubrir las estructuras más antiguas del universo. Además, los científicos a menudo combinan datos de un telescopio de «luz visible» (Hubble) con un telescopio infrarrojo (como el JWST) para crear una imagen compuesta. Luego, los datos de cada telescopio se fusionan para proporcionar imágenes más detalladas. Así que no se preocupe, nadie olvidará nunca lo que el Hubble ha logrado por nosotros y seguirá logrando. Afortunadamente, ¡ahora tenemos más Ojos Cósmicos que nunca!

Cristy

Somos entusiastas de los temas científicos, del estudio y el conocimiento. Traemos para ti los casos más curiosos de la ciencia y como pueden ayudarte. Preguntas y respuestas que quizás alguna vez te has hecho, están aquí.

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