Filtros de SDSS

Un nueva directora se encuentra de pie en la puerta del colegio durante el primer día de clases del nuevo año escolar. Los estudiantes, muy entusiasmados, no pueden esperar a entrar al colegio. La directora abre las puertas mientras espera saludar a los estudiantes pero, éstos, empiezan a inundar la entrada tan rápido que ella no puede distinguir a los estudiantes de los diferentes cursos (ya dijimos que estaban muy entusiasmados). Bueno, parece que no funcionó. Al día siguiente la directora pide a los profesores que ordenen a los estudiantes por curso. Así, cuando entren lo harán de acuerdo a su curso. Qué bien. Ella dice “hola” a todo el mundo y es capaz de centrarse en un grupo a la vez, pudiendo así saber el tamaño y composición de cada curso.
Ahí lo tienes: filtros. La luz (todo el cuerpo estudiantil) llega a nosotros como una mezcla de colores (estudiantes). Si no ordenamos la luz por alguna característica que todos los colores compartan (el curso o clase), es muy complicado saber cuál es la composición de la luz. En la analogía de los estudiantes y la directora los profesores ordenaron a los estudiantes. Los profesores actuaron como filtros. Los filtros “le dicen” a la luz: “puedes pasar por la puerta ahora; el resto debe esperar”.
En el caso del SDSS, los filtros son piezas especiales de vidrio que se sitúan frente a la superficie detectora de la cámara del SDSS. La cámara del SDSS tiene cinco filtros. Cada estrella, galaxia y cuásar que se fotografía con esta cámara nos envía su combinación única de colores. Los filtros nos ayudan a saber cuánta luz de cada color compone la imagen que vemos. Los astrónomos han descubierto formas de usar esta información para aprender acerca de la estructura, cambios temporales, e incluso la distancia a estos objetos.
Aquí tenemos una fotografía de ingenieros instalando una ventana protectora frente a los filtros. Los ingenieros van vestidos como si estuvieran preparándose para hacer una cirugía. Del mismo modo que los cirujanos, ellos saben que la calidad de la operación depende de tener manos firmes y un ambiente limpio. El polvo y las huellas dactilares pueden afectar negativamente la calidad de las imágenes tomadas por la cámara.

Engineers placint a protective window in front of the filters.

La siguiente fotografía es un diagrama de cómo se emplazan los filtros enfrente de la superficie de la cámara del SDSS. Cada fila está etiquetada con una letra indicando un filtro en concreto. Nótese que el sistema del SDSS usa todos los filtros al mismo tiempo. Siguiendo nuestra analogía de los estudiantes, todos los cursos (colores) entran al colegio (cámara) al mismo tiempo pero por puertas diferentes (filas de filtros).

Placement of filters DiagramImagen: Camara del SDSS

Cada filtro del SDSS está asociado con un color de luz en particular.
  • U’ – luz ultravioleta.
  • G’ – luz visible azul y verde.
  • R’ – luz visible amarilla y roja.
  • I’ – luz del infrarrojo cercano.
  • Z’ – luz del infrarrojo cercano.
Si eres nuevo en el tema de la luz tienes razón al pensar: “no lo entiendo, el verde y el rojo son colores pero, ¿qué están haciendo el ultravioleta y el infrarrojo en esta lista?” La respuesta la podemos encontrar volviendo a la analogía.
Recuerda, los profesores (filtros) ordenaban a los estudiantes (luz) de acuerdo con su curso (color). Son las edades de los estudiantes lo que los pone en un curso en particular. En el caso de la luz, la característica que comparte para ser ordenada es la longitud de onda.
Hace más de 150 años se descubrió que la luz que vemos es parte de un espectro continuo mucho más amplio que recibe el nombre de radiación electromagnética (EM). Los científicos descubrieron que la radiación EM viaja como ondas de energía. El espectro electromagnético, que incluye los colores del arcoíris, abarca desde longitudes de onda muy cortas a longitudes de onda muy largas. La transición de una longitud de onda a otra es gradual y continua, del mismo modo en el que los estudiantes nacen de forma continua durante el año. Nosotros escogemos una fecha de corte para poner a los estudiantes en un curso o en otro. Estos puntos de corte para un tipo de radiación EM (UV, azul, roja o infrarroja) se escogen en el espectro. El entrenamiento “Pre-Vuelo – La luz es radiación electromagnética” muestra más sobre este tema.
Los filtros hacen su trabajo permitiendo que cierta radiación pase. Actúan como ventanas para pequeñas porciones del espectro electromagnético. Imagina que nuestra nueva directora decide intentar conocer qué es lo que sucede en cada curso y para ello se propone almorzar con los estudiantes. No puede almorzar con todos los estudiantes, por lo tanto escoge invitar únicamente a aquellos nacidos en diciembre. Podría ser cualquier mes o diferentes meses para distintos cursos. Lo que importa es que reduce el número de estudiantes que tiene que citar en su oficina. La imagen a la derecha muestra de forma general dónde se emplaza la ventana para cada filtro del SDSS en el espectro electromagnético. Puedes ver que tres de los filtros están más allá de la radiación visible. El u- (o filtro ultravioleta) está más allá de la zona del azul visible. Los filtros i- y z- están más allá del rojo. Aunque nuestros ojos no sean capaces de ver estas partes del espectro, son muy importantes en astronomía.
En el eje X de la gráfica, puedes ver que la longitud de onda se mide en unidades llamadas angstroms. Un angstrom es una parte en diez mil millones de un metro. El número más grande en la gráfica es todavía demasiado pequeño como para ser visto en un microscopio normal.
Una vez comprendido el trabajo de los filtros, es sencillo ver que nos proporcionan una muestra del espectro continuo de luz que se nos envía de los distintos objetos en el universo. La cámara del SDSS mide la cantidad de luz que pasa a través de cada filtro. Esta información, la intensidad de luz en diferentes partes del espectro electromagnético, es una herramienta muy importante en astronomía.
Graph of filtersImagen: Near-Infrared: Infrarrojo cercano. System Response: Respuesta del sistema. Visible: Luz visible. UV: Ultravioleta. Wavelength: Longitud de onda.