La Singularidad Desnuda

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El Sol, nuestro gigatelescopio

Posted by Carlos en febrero 1, 2007

Una de las predicciones más sorprendentes de la Teoría de la Relatividad General es que la presencia de cuerpos masivos curva el espacio-tiempo, haciendo que incluso los rayos de luz vean alteradas sus trayectorias al pasar junto a ellos. Este efecto fue observado en la práctica por primera vez en 1919 por Arthur Eddington, en una expedición científica que observó las posiciones de las estrellas cercanas al Sol durante un eclipse, y constató que aparecían desviadas con relación a la posición que ocuparían durante la noche, sin el Sol en su camino. Esta desviación es tanto mayor cuanto más cercanos pasen los rayos de luz al cuerpo masivo (el Sol en este caso), y lógicamente cuanto mayor sea la masa de este último. El efecto es entonces especialmente intenso en el caso de agujeros negros o estrellas de neutrones, tal como se ve en la animación inferior. En la misma se aprecia como al pasar un agujero negro por delante de una galaxia de fondo, la luz de la misma se amplifica, formando un anillo en torno al agujero negro. Se habla por este motivo de lente gravitatoria.

gravitational lens

Este efecto de lente gravitatoria puede ser empleado a modo de telescopio natural, aunque no tengamos un agujero negro a mano. Podemos emplear para ello al Sol, que es el cuerpo más masivo en nuestra cercanía. El primero en darse cuenta de esta posibilidad fue von Eshelman, de la Universidad de Stanford, con un trabajo titulado:

publicado en Science. Fue sin embargo, Claudio Maccone, de la International Academy of Astronautics, quien ha abanderado la idea, e incluso ha llegado a realizar propuestas concretas para su puesta en práctica. Podemos hacer algunas operaciones simples para obtener una idea general de lo que se puede conseguir. El siguiente esquema ilustra la situación básica:

Lente gravitatoria solar

El ángulo de curvatura de los rayos solares viene dado por la expresión a(r) = 4M/r, donde M es la masa del Sol en unidades geométricas. Aplicando un poco de trigonometría, a(r)=tan-1(r/dfocal), y dado que dicho ángulo será pequeño debido a la poca masa del Sol, se puede aproximar a a(r) = r/dfocal. El punto focal para los rayos tangentes a la superficie del Sol (r=rsol) estárá entonces a distancia dfocal = r2sol/4M. Sustituyendo valores numéricos obtenemos unas 550 UA. Hay que notar sin embargo que a diferencia de una lente óptica, el foco no está exclusivamente en este punto, sino que se extiende desde ahí hasta el infinito, ya que rayos de luz que pasen a mayor distancia del Sol, se curvarán menos. Entonces, ¿por qué no emplear cualquier estrella lejana como lente gravitatoria? Se puede, pero hay limitaciones prácticas que ahora veremos.

Para empezar hay que considerar que si nos situamos a 550 UA del Sol, el efecto de lente gravitatoria nos va a permitir ver objetos muy lejanos con la misma amplitud angular que tendrían de estar situados junto al Sol (suponiendo que dicha amplitud angular sea lo suficientemente pequeña para que las aproximaciones funcionen). Por ejemplo, el Sol ocuparía a esa distancia 3.5 segundos de arco, y Neptuno 0.12 segundos de arco. Dado que la resolución de la Wide Field and Planetary Camera del Hubble es de 0.043 segundos de arco, sería más que suficiente para distinguir a un planeta del tamaño de este último, aunque orbitara alrededor de una estrella lejana. Hay sin embargo dos problemas inmediatos: (1) la corona solar interferiría la trayectoria de los rayos de luz, y (2) el brillo del Sol ahogaría la luz de otros objetos. No obstante, esto se puede solucionar ya que el ángulo que ocupa el Sol es inversamente proporcional a la distancia a la que nos situamos, mientras que la distancia a la que pasan de él los rayos que convergen en un punto dado es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de dfocal. Por lo tanto, si nos alejamos lo suficiente, eliminaremos los problemas anteriores, a costa del tamaño de los objetos que somos capaces de discernir.

Con todo y con eso, hay varios problemas prácticos. El primero y más evidente es llevar un gran telescopio a esa distancia. El segundo es que sólo serviría para enfocar en una dirección precisa. Para cambiar la dirección de observación en 1º, sería necesario desplazar el telescopio 9.6 UA (suponiendo la distancia focal mínima). Aunque esto es impracticable a corto y medio plazo, nada nos impide soñar con ello, y marcar con una cruz la zona del firmamento a la que dirigiríamos el gigatelescopio si pudiéramos. Por ejemplo, Sagitario A*.

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3 comentarios to “El Sol, nuestro gigatelescopio”

  1. Uyuyuy.. muy muy interesante tu artículo.. y tu blog! me lo apunto. Tocas temas muy interesantes. especialmente me ha gustado este apartado.
    Si te animas, echa un vistazo a mi blog. te propongo la sección ciencia..

    http://teimagino.com/index.php/category/ciencia/

    anque también tengo secciones sobre arte.. humanidades.. que veo que son temas que tambien te interesan..

    un saludo y recibe mi apoyo.

  2. […] por Carlos on 3/04/07 Ya hace algún tiempo hablamos sobre lentes gravitatorias, esto es, de cómo un cuerpo masivo curva el espacio-tiempo y desvía […]

  3. charlie1 said

    Matematicamente es cierto en su totalidad, no asi en la practica. La orbita de Pluton esta a unas 40 UA del Sol, por lo que colocar un telescopio como el Hubble a 550 UA y controlarlo, se presenta complicado hoy dia. (espero no sea asi siempre).

    Aun asi, en proporciones estelares, estamos hablando de “ahi al lado”, ya que por ejemplo la estrella mas cercana a nuestro Sistema Solar (Alpha Centauri), se encuentra a 13000 UA. Esta distancia es MUY pequeña si tenemos en cuenta el tamaño de nuestra galaxia.

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