¿Cómo vemos lo invisible para el ojo humano?

Cómo los rayos X se convierten en una imagen de colores

En una imagen de una nebulosa, los rayos X aparecen en morado. Pero el ojo humano no puede verlos. ¿De dónde sale ese color?

Los astrónomos detectan la radiación invisible con instrumentos adecuados, obtienen medidas y las traducen a una imagen que podemos ver. El color visible puede codificar una banda, una energía o la intensidad de la señal. Es una forma de presentar datos, no una afirmación de que los fotones de rayos X sean morados. Chandra: añadir color

Piensa en un mapa de altitudes: las tierras bajas pueden ser verdes y las montañas marrones, aunque una ladera esté cubierta de nieve blanca. La leyenda explica qué magnitud se codifica. Las imágenes astronómicas se leen de manera parecida. Pero un mapa de colores no sustituye a las medidas: comprobar una conclusión exige datos, calibración y una descripción del procesamiento.

Hay más luz de la que detecta el ojo

Las ondas de radio, el infrarrojo y los rayos X son distintas zonas del espectro electromagnético. La luz visible también pertenece a él. Se diferencian en longitud de onda, frecuencia y energía de cada fotón; en el vacío viajan a la misma velocidad de la luz. La visión humana cubre solo una pequeña parte del espectro y sus límites son aproximados, no líneas universales y tajantes. NASA: espectro electromagnético

Una onda de radio no es sonido que atraviesa el espacio vacío. El sonido necesita un medio cuyas vibraciones recibe el oído. La onda de radio es luz; un receptor puede convertir la información en sonido, una gráfica o un mapa. «Escuchar el cosmos» sería otra forma de representar la señal. NRAO: ¿las ondas de radio producen ruido?

Un mayor aumento en el ocular no vuelve al ojo sensible a esas bandas. Hace falta un detector adecuado, un instrumento que convierta la radiación en una señal medible. Cambian tanto los receptores como las formas de recoger luz. Una antena de radio y un telescopio de rayos X resuelven tareas relacionadas con diseños diferentes.

Por qué una sola banda no basta

Imagina una región de formación estelar. El polvo puede ocultar parte de su contenido en luz visible. En ciertas longitudes de onda infrarrojas absorbe menos y deja ver fuentes ocultas. A longitudes infrarrojas mayores también se puede estudiar la emisión del propio polvo calentado. Son efectos distintos: ver a través del polvo y ver brillar el polvo. La transparencia depende de la longitud de onda y de la cantidad y propiedades del polvo: el infrarrojo no atraviesa todo sin obstáculos. ESA: por qué observar en infrarrojo

Las observaciones de radio, por ejemplo en la línea del hidrógeno neutro cercana a 21 cm, permiten estudiar gas. Los rayos X revelan gas muy caliente y procesos con partículas de altas energías. Pero «radio significa solo frío y rayos X solo calor» sería incorrecto: existen varios mecanismos de emisión y una región puede emitir en muchas bandas. NRAO: líneas espectrales, NASA: fuentes en distintas bandas

La atmósfera terrestre también selecciona qué señales llegan. Deja pasar amplias ventanas de radio y luz visible y algunas longitudes infrarrojas, mientras que los rayos X cósmicos prácticamente no alcanzan un telescopio terrestre. El instrumento sensible debe situarse donde pueda recibir la señal deseada. En el infrarrojo también molesta la emisión térmica del instrumento y su entorno; enfriarlo reduce ese fondo. NASA: atmósfera y observación, NASA: enfriamiento de instrumentos

Un objeto, varios mapas diferentes

Veamos un ejemplo real: la publicación de la nebulosa del Cangrejo del 10 de mayo de 2017. Combinó datos de radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta y rayos X. El esquema siguiente resume tres de sus canales. Se trata del mismo remanente de supernova, no de tres nebulosas parecidas.

Los colores actúan como etiquetas de datos. La radio no es «más roja que el rojo» ni los rayos X se vuelven luz morada visible. En esta composición concreta, el rojo representa datos de radio del VLA; el amarillo verdoso, datos infrarrojos de Spitzer; y el morado, rayos X de Chandra. Otra publicación puede elegir otra paleta. Publicación original de Chandra, con capas y leyenda

Las capas exigen una comparación cuidadosa. Se alinean mediante coordenadas celestes, se ajustan sus campos de visión y se indica la escala. Los instrumentos pueden diferir en resolución, sensibilidad, exposición y fecha. Una mancha ancha en una capa y un filamento fino en otra no significan automáticamente que el primer gas sea físicamente más ancho: parte de la diferencia puede proceder del instrumento.

Tampoco debemos llamar a la composición un retrato instantáneo sin comprobar las fechas. En el estudio asociado a esta publicación se comparó la región central con observaciones casi simultáneas de radio, infrarrojo cercano y rayos X del 26 de noviembre de 2012. También se utilizaron datos ópticos y de Spitzer anteriores para toda la nebulosa. La fecha de publicación no es una fecha única de observación para todas las capas. Dubner y colaboradores: secciones I, II y VIII

Qué comprobar antes de interpretar una imagen

Te muestran una mancha azul de rayos X y afirman: «Ahí seguro que hace más frío, porque el azul es frío». ¿Basta como prueba? No. Hay que leer la leyenda: el azul podría representar los fotones de rayos X más energéticos, una banda entera o una paleta de intensidad elegida. La temperatura requiere interpretar físicamente las medidas, no asociar colores cotidianos.

En la próxima imagen espacial, busca tres cosas: qué objeto se observó, qué se midió y qué significan los colores. Comprueba después la escala y las fechas. Así la luz invisible se convierte en evidencia comprensible, además de una imagen hermosa. Puedes repasar la base física en la luz y su velocidad.