La señal que vino a cenar (II)

En 1967 los satélites Vela 4a y 4b captaron lo que se considera el primer destello de rayos gama detectado por los humanos (aunque los investigadores que analizaban los datos no se dieron cuenta de esto sino posteriormente). En la entrada anterior, mostramos algo de la naturaleza de dicho destello.

Las consecuencas del mismo bién pudieran haber sido desvastadoras. La desconfianza era la norma en las relaciones bilaterales de las grandes potencias al más alto nivel y un "¿Eso? No sé, ¿qué es?" sólo hubiera servido para acercar el estado de alerta nuclear a DEFCON 1.

Si algo no disparó las alertas, fue el que se conocían bían las firmas registradas en los detectores de lo que era un ensayo con una bomba nuclear o termonuclear, y lo registrado no entraba dentro de la tipología de dichas firmas. Si algo las activó, fue que después de todo, eso eran rayos gamma, tal vez enmascarados o no por algún medio para burlar la detección, pero eso eran.

Lo que salvó a todos fue que Ray Klebedasel, Roy Olsen e Ian Strong eran científicos del campo de la astronomía buscando determinar radiación de supernovas, aprovechando la oportunidad que se tenía de explorar el cielo desde fuera de la atmósfera.

Debemos hacer aquí una pausa necesaria: ¿Por qué hay que buscar cosas desde fuera de la atmósfera? No tenemos ya excelentes dispositivos de observación ubicados en lugares muy idóneos como Cerro Paranal, el Mauna Kea o en Canarias? ¿Por qués, pues, hay que buscar desde fuera?

Para entender mejor las cosas, se hace necesario ver la -clásica- imagen siguente. En ella se aprecia lo que es el espectro electromagnético, desde las longitudes de onda más cortas, hasta las más largas.

Representación de la atenuación atmosférica del espectro electromagnético a diferentes longitudes de onda.

Mientras más corta sea la longitud de onda, más elevada es su frecuencia. Esta reciprocidad inversa se comprende mejor si se piensa que la velocidad de fase de una onda, esto es, la velocidad a la que ésta se propaga, es igual al producto de su longitud de onda por su frecuencia, esto es:

Siendo λ el valor de la longitud de onda y f el de la frecuencia. Como estamos hablando del espectro electromagnético, esto es de fotones, su velocidad de propagación será siempre la velocidad de la luz, que se representa por c. De la ecuación (1), se deduce rápidamente que

En (1a) y (1b), siendo c un valor constante, se aprecia perfectamente que λ y f son inversamente proporcionales, por lo que si aumenta el valor de uno de ellos, el otro debe disminuir para mantener la proporcionalidad.

La figura anterior se ha dividido en cinco zonas, de a hasta e, en las que mostramos la atenuación de la atmósfera a las diferentes longitudes de onda. La región a muestra el dominio de las ondas ultracortas, región de las ondas con una longitud de onda pequeñísima y por lo tanto de frecuencias muy elevadas: Gigahercios, Terahercios y más. En el extremo opuesto, en la región e, encontramos la región de las ondas ultralargas en las que las longitudes de onda pueden llegar a alcanzar las centenas de metros y aún más.

Como puede verse, la atmósfera terrestre presenta un bloqueo total a ondas ultracortas (ondas de frecuencias elevadas): Esto es y entre otras cosas, a los rayos X y a los rayos Gamma. Algo muy bueno, porque dichos rayos son extremádamente mutágenos (provocan alteraciones en los núcleos celulares) y además provocan una rápida muerte celular masiva, dependiendo de su exposición a los mismos. En suma, son letales para la vida tal como la conocemos. Afortunadamente la atmósfera los bloquea y gracias a ello, podemos vivir.

Si observamos bien la figura anterior, veremos que la atmósfera se abre en su opacidad en la región del denominado espectro visible, esto es, lo que normalmente va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo, en b: gracias a éllo, podemos, realizar observaciones astronómicas en el óptico.

Satélites utilizados para la exploración astronómica del cielo, con sus rangos de trabajo.

Lector, te lo prometo: tan sólo con la luz y su estudio basta para amar profundamente a la física. Es algo interrelacionado con todas las cosas, con leyes clásscas, rotundas y magistrales; con profundas aventuras de investigación y que constantemente lleva más, aún más allá... El estudio de la luz nos lleva al estudio de los fotones, de los cuanta, de las paradojas, al estudio de las constantes universales, como la de Planck o la de Stephan-Boltzmann; al estudio de las leyes que relacionan temperaturas y frecuencias para el color, como la ley de Wien... y en suma, las cosas más aparentemente abstrusas, las matemáticas mas extrañas cobran vida propia y se hacen comprensibles cuando son tocadas... por la Luz. Y aún esto, sería apenas arañar la superficie, un superficie de misterios maravillosos, que cobran vida para aquel que ha osado pagar su precio y levantar sus velos. Te lo vuelvo a prometer, lector: si te lo propones, la física cobrará vida delante de tus ojos y te ofrecerá una visión maravillosa, con sólo que desees y sepas ver. Muchos ya son los que han comprobado esto.

Las longitudes de onda se van alargando cada vez más, a partir del infrarrojo hasta las ondas más largas; vemos como se abren ventanas de permeabilidad atmosférica hasta llegar a las ondas de radio, a las que la atmósfera se hace transparente. Esto, de modo relativo, puesto que la atmósfera puede volverse reflectora para las ondas de radio, como un espejo a la luz, de acuerdo a determinadas condiciones.

Pues bien; de todo esto anterior, ahora entenderás una cosa y es que la atmósfera bloquea la radiación de altas energías, como los rayos Gamma y los rayos X. No pueden observarse desde la superficie de la Tierra, porque simplemente, no la traspasan. Esto las hacía muy atractivos para los astrónomos, que buscaban fuentes de radiación de esta clase en los estudios de los satélites.

Lo que se encontró en los resultados de 1967 no se había producido en la Tierra. ¿En el Sol? Tampoco. ¿En alguna estrella? Tal vez... ¿En nuestra galaxia? No sólo en nuestra galaxia.

En 1967 los satélites Vela 4a y 4b captaron lo que se considera el primer destello de rayos gamma generado en el espacio profundo jamás detectado por el ser humano.

Sí, un destello, estallido o como se dice en inglés, un Gamma Ray Burst (GRB). Una violentísima erupción de radiación que atraviesa el universo, la cual tiene su origen en fenómenos violentos de naturaleza más allá de lo imaginable por aquel entonces.

En los años posteriores a su descubrimiento se propusieron cientos de modelos teóricos para explicar estos brotes, tales como las colisiones entre cometas y estrellas de neutrones. En el campo de las altas energías, la ciencia se mueba a partir de modelizaciones a las que se tratan de ajustar los datos. Si estos se ajustan a una serie de modelos dados, es que el origen de los datos sigue dichos modelos.

GRB o Gamma-Ray Burst de más de 30000 cuentas

Había escasa información disponible para verificar estos modelos hasta la detección en 1997 de los primeros rayos X. Los estudios posteriores de las galaxias y supernovas asociados con los GRBs, clarificaron la distancia y luminosidad de estos fenómenos, corroborando definitivamente que tenían lugar en galaxias distantes y que estaban estrechamente relacionados con la muerte de estrellas masivas.

Emisión de materia en M87. En dicha galaxia existe una poderosa fuente de Rayos-X en su centro.

Pronto quedó claro que, provenientes de distintos puntos en el cielo y aparentemente sin ton ni son, llegan a la Tierra breves "chubascos" de rayos gama. Estos son de corta duración, generalmente entre una décima de segundo y 100 segundos y se les comenzó a denominar como destellos de rayos gama. Por razones de seguridad militar, el descubrimiento se mantuvo secreto hasta 1976, cuando finalmente los científicos involucrados publicaron un artículo describiendo a sus colegas el nuevo fenómeno astronómico: los destellos de rayos gama. 

Los detectores de rayos gama colocados en los satélites Vela y otros, eran en aquel entonces bastante limitados en cuanto a su capacidad de determinar de qué punto exacto del cielo provenía el estallido, el destello de rayos gama. Para mejorar esto, en abril de 1991, la NASA (National Aeronautics and Space Agency) puso en órbita un satélite destinado a estudiar los rayos gama provenientes del Cosmos. De hecho, se trataba de un verdadero observatorio de rayos gama en órbita y se le conoció como el Observatorio Compton de Rayos Gama. El satélite honraba la memoria de Arthur H. Compton (1892-1962), quien fue uno de los físicos más importantes de la primera mitad del siglo XX, de los primeros en trabajar con partículas y fotones de rayos gama en el laboratorio. Entre los instrumentos a bordo de este observatorio estuvo de manera prominente uno diseñado para detectar fuentes variables y destellos (en inglés se llamaba BATSE). BATSE fue mucho más sensitivo que cualquier otro instrumento previo y desde su puesta en órbita detectó destellos de rayos gama con una tasa de aproximadamente uno al día.

Mapa de los GRBs detectados por la misión BATSE.

 

Pronto quedó muy claro que los destellos parecen provenir de cualquier parte del cielo, lo cual descalificaba a varios tipos de cuerpos celestes (que no están distribuidos uniformemente por todo el cielo), como los posibles responsables. Después de su honroso desempeño, el 4 de junio del 2000, el satélite Compton fue hecho caer en el océano Pacífico, habiendo registrado 2,704 GRBs en los nueve años que estuvo en órbita. 

Hay una cosa sobre la que quisiéramos llamar la atención: Los rayos Gamma y los X los forman fotones de alta energía. de GEv y de TEv (Gigavoltios y Teraelectronvoltios, respectivamente. En suma, atraviesan la materia con relativa facilidad. Si ello es así, ¿cómo se les puede observar, si atraviesan los instrumentos comunes de observación?

En una próxima entrada nos acercaremos a ésto y a algo revolucionario: la observación de rayos Gamma... ¿en la atmósfera Terrestre?