Espectroscopía Infrarroja en Astronomía

Espectroscopía Infrarroja en Astronomía 

Qué es la Espectroscopía

La espectroscopía es una herramienta muy importante en Astronomía y consiste en el estudio detallado de la luz.

La luz es energía que se mueve a través del espacio y puede ser considerada como una onda o como una partícula. Si pensamos en ella como una onda, a la distancia entre sus picos se le llama longitud de onda. La luz, en general, está constituida por muchos tipos de longitudes de onda diferentes. Por ejemplo, la longitud de onda de la luz visible es aproximadamente 1/10 de un micrómetro - diez mil longitudes de onda serían necesarias para obtener la anchura de una moneda.

Los espectrómetros son instrumentos que dispersan la luz, de forma que el ángulo de dispersión depende de la longitud de onda, creando lo que se denomina un espectro.

Los astrónomos estudian las líneas de emisión y/o absorción que aparecen en estos espectros, y que vienen a ser las "huellas digitales" de los átomos y las moléculas.

Una línea de emisión tiene lugar cuando un electrón en un átomo desciende de un nivel de energía alto a uno más bajo, proceso en que el electrón pierde energía en forma de luz.

Una línea de absorción tiene lugar cuando el electrón pasa de un nivel de energía inferior a uno superior, proceso en el que electrón absorve energía.

Cada átomo tiene una distribución única de los niveles de energía de sus electrones y puede, por lo tanto, emitir o absorber luz con determinadas longitudes de onda.

  Es por esto que la localización de las líneas espectrales es única para cada átomo.

Los astrónomos puede aprender muchas cosas sobre los cuerpos celestes mediante el estudio de sus espectros, como su composición, su temperatura, su densidad y su movimiento (velocidad de desplazamiento y velocidad de rotación).

Hay tres tipos de espectros que un objeto puede emitir: continuo, de emisión y de absorción. Los ejemplos presentados más abajo de estos tres tipos corresponden a la luz visible, pero el mismo concepto se aplica en cualquier región del espectro electromagnético.

Espectro Continuo

El espectro continuo, también llamado térmico o de cuerpo negro, es emitido por cualquier objeto que irradie calor (es decir, que tenga una temperatura distinta de cero absoluto = -273 grados Celsius).

Cuando su luz es dispersada aparece una banda continua con algo de radiación a todas las longitudes de onda. Por ejemplo, cuando la luz del Sol pasa através de un prisma, su luz se dispersa en los siete colores del arco iris (donde cada color es una longitud de onda diferente).


Un espectro continuo en luz visible

Espectro de Absorción

Si mira con cuidado el espectro del Sol (nunca mire al Sol directamente!), podrá ver unas líneas oscuras.

Estas líneas están producidas porque la atmósfera solar absorbe luz a ciertas longitudes de onda, lo que hace que su intensidad disminuya con respecto al resto de las longitudes de onda y por eso las líneas aparecen oscuras.

Como la distribución de las líneas espectrales es características de cada átomo o molécula, el estudio del espectro de absorción nos puede indicar de qué elementos está compuesta la atmósfera del Sol.

Normalmente las líneas de absorción tienen lugar cuando la luz de un objeto se caliente y atraviesa una región más fría. Espectros de absorción se ven en estrellas, planetas con atmósferas y galaxias.


Imagen detallada del espectro visible del Sol

El espectro de absorción del hidrógeno - puede ver estas líneas en el espectro solar de arriba? Pista: el hidrógeno es el elemento más abundante en el Sol - mire las líneas más oscuras.

Espectro de Emisión

El espectro de emisión tiene lugar cuando los átomos y las moléculas en un gas caliente emiten luz a determinadas longitudes de onda, produciendo por lo tanto líneas brillantes. Al igual que el caso del espectro de absorción, la distribución de estas líneas es única para cada elemento. Espectros de emisión pueden verse en cometas, nebulosas y ciertos tipos de estrellas.

El espectro de emisión del hidrógeno

Para aprender más sobre espectroscopía, espectros de emisión, de absorción y continuo, y sobre cómo los átomos y las moléculas producen líneas espectrales.

En la práctica los astrónomos nunca estudian los espectros de la manera en que se presentan en las imágenes de arriba. Lo que estudian son gráficas en que se representan la intensidad, la señal o el flujo frente a la longitud de onda. Estas gráficas muestran cuánta luz está presente o ausente en cada longitud de onda. Un pico en la gráfica indica la posición de una línea de emisión y un valle indica la posición de una línea de absorción. Y como hemos indicado arriba, la localización y la distribución de estas líneas es única para cada elemento. La forma del espectro continuo (comunmente conocido como "el continuo") depende de la temperatura y del movimiento del gas. En esta gráfica el continuo es una línea recta - pero en general es una línea curva. En muchas ocasiones, las gráficas tendrán la longitud de onda o la frecuencia representada en escala logarítmica.

Crédito NASA

El Quelonio Volador