Espectros del SDSS
El SDSS registra dos tipos de datos principalmente: fotométricos y espectroscópicos. El entrenamiento Prevuelo sobre los “Tipos de datos del SDSS” explica en detalle cómo los datos fotométricos (de imagen) y espectroscopicos son capturados, registrados y cómo pueden ser consultados en la base de datos. En esta sesión de entrenamiento examinaremos en detalle únicamente los datos espectroscópicos, y aprenderemos lo que éstos nos pueden decir sobre objetos astronómicos que son cercanos a nosotros, y de aquellos que se encuentran en el universo lejano.
What is a spectrum?
Un espectrógrafo dispersa la luz de un objeto en un “arcoíris” y mide la cantidad de luz emitida a diferentes longitudes de onda. La gráfica de un espectro, como la que se muestra a la derecha, nos enseña la intensidad de la luz medida (en el eje vertical) como función de la longitud de onda (la cual se muestra en el eje horizontal). Los valores más pequeños de la longitud de onda corresponden a los fotones más energéticos y por lo tanto a los colores más azules. De manera correspondiente, los valores más grandes se refieren a colores más rojos y a fotones menos energéticos.
Un detalle acerca de las unidades: los astrónomos que observan desde la Tierra, tienden a medir la longitud de onda de la luz que observan en unidades llamadas nanómetros (una mil millonésima parte de un metro), o en Angstroms (una diez mil millonésima parte de un metro). La intensidad de la luz que es medida dentro de cada pequeño compartimento (bin) de longitud de onda que es graficada a lo largo del eje vertical, tiene unidades de medición más complejas. El término técnico para la intensidad de la luz es flujo, el cual se refiere a la cantidad de luz recolectada en un cierto tiempo, dentro del área colectora del detector. El flujo es generalmente medido en unidades de energía (ergios, el cual se puede abreviar como erg), por unidad de tiempo (segundos), por unidad de área (centímetros cuadrados), por elemento de resolución del rango de longitud de onda (Angstroms).
¿Qué nos dice un espectro?
Cuando tomamos la imagen de un objeto cercano, podemos usar su forma, color y brillo para determinar su tipo (por ejemplo podemos diferenciar una estrella de una galaxia), y sus características físicas más generales. Sin embargo, cuando observamos objetos que se encuentran cade vez mas lejos, estos comienzan a parecer cada vez más pequeños en las imágenes, haciendo que sea cada vez mas difícil determinar sus propiedades físicas a partir únicamente de sus imágenes.
Los tres objetos primarios que son observados por el SDSS (estrellas, galaxias y cuásares) pueden ser fácilmente diferenciados a partir de las características de sus espectros. Por ejemplo, los dos objetos mostrados a continuación se ven casi idénticos en las imágenes, sin embargo sólo requerimos ver sus espectros para darnos cuenta de que son dos objetos completamente diferentes: el objeto #1 es una estrella que se encuentra en nuestra galaxia, mientras que el objeto #2 es un cuásar que se encuentra a |26 mil millones de años luz de nosotros!
Como puedes observar, si no tuviéramos las observaciones espectroscópicas sería casi imposible saber cuál de las dos imágenes corresponde a una estrella cercana y cuál a un cuásar distante. Obtener el espectro de un objeto nos permite determinar su distancia desde la Tierra y medir otras propiedades físicas interesantes, tales como su masa, edad, composición y velocidad.
Características de emisión y absorción
Las estrellas son un tipo de objeto que son capaces de producir un espectro continuo, lo cual significa que emiten luz en todas las longitudes de onda. La emisión del continuo de las estrellas se aproxima a la de los emisores térmicos (es decir, cuerpos negros), los cuales producen un espectro continuo con una forma muy bien definida.
En la realidad, ninguno de los espectros del SDSS es perfectamente suave. Todos ellos tienen picos y depresiones, los cuales se pueden utilizar para entender el tipo de objetos que los produjeron, así como sus composiciones, localización y muchas otras características físicas. A los picos en un espectro se les llama líneas de emisión, mientras que a las depresiones se les conoce como líneas en absorción. A la forma general del espectro de un objeto se le conoce como continuo.
Cuando veas un espectro, debes preguntarte lo siguiente:
- ¿Cuál es la forma de su continuo?
- ¿Qué características presenta?
- ¿Las líneas de emisión y/o absorción son grandes o pequeñas? ¿son anchas o angostas?
- ¿En qué longitudes de onda se encuentran las características en emisión y en absorción del espectro?
En las siguientes imágenes encontrarás un espectro por cada uno de los tres tipos de objetos que existen principalmente en el SDSS (estrellas, galaxias y cuásares). Observa los espectros, analiza sus características y trata de deducir a qué tipo de objeto pertenecen, después has click en cada una de las imágenes para ver si acertaste.
Ya has observado que algunos objetos tienen líneas de emisión en sus espectros, otros tienen líneas de absorción, y otros tienen una combinación de ambas:
- Líneas de emisión representan luz adicional que fue emitida a una longitud de onda específica por gas caliente o excitado, el cual radia justo a esas longitudes de onda indicando así su composición.
- Líneas en absorción son líneas que se encuentran a longitudes de onda en las cuales la luz ha sido absorbida (removida del espectro) por la presencia de gas o polvo que se encuentra justo entre nosotros y el objeto que estamos observando. El patrón de longitudes de onda que vemos en absorción se usa para determinar la composición química del material absorbente.
Cada elemento en el universo emite una combinación característica de luz cuando se encuentra excitado. El patron longitudes de onda en las cuales la luz es emitida o absorbida nos revela la composición química del objeto que la produjo. La imagen de la izquierda nos muestra unos ejemplos.
Para mas información acerca de cómo los átomos absorben y emiten luz a longitudes de onda particulares, te recomendamos que revistes este recurso de espectroscopía de la Universidad de Arizona.
¿Quieres aprender más?
Para aprender más acerca de cómo la forma del espectro de un cuerpo negro como el de una estrella, se relaciona con su temperatura, así como la física detrás de las líneas en emisión y absorción en los espectros astronómicos, te recomendamos las páginas sobre Espectros continuos y Espectros discretos dentro de la página “Nick Strobel’s Astronomy Notes” (sólo disponibles en Inglés).
También te invitamos a explorar más sobre los espectros de las estrellas en las siguientes actividades de nuestro sitio Voyages:
Para aprender más acerca de cómo la localización de las características en emisión y absorción en el espectro de un objeto se puede utilizar para medir el “corrimiento al rojo” y así inferir su distancia, por favor visita nuestra actividad: