La única diferencia importante entre el sol y las estrellas que vemos por la noche es que el sol está cerca de nosotros, lo cual es una ventaja, suponiendo que disfrutes de estar vivo.
Los astrónomos también disfrutan de esto, pero tienen otro motivo para alegrarse de la proximidad del Sol: esto nos permite verlo como un disco. El sol es, por supuesto, tridimensional. Pero desde la distancia, lo vemos como un círculo lleno en el cielo, y eso significa que podemos estudiar su superficie con cierto detalle, revelando sus manchas solares, fáculas, gránulos y otras características sorprendentes.
Las estrellas en el cielo nocturno están un poco más lejos; el más cercano a nosotros, Próxima Centauri, ¡está aproximadamente 280.000 veces más distante que el sol! Esto hace que parezca correspondientemente más pequeño a través de un telescopio; de hecho, infinitamente más pequeño, apareciendo sólo como un punto de luz. Cuando un objeto aparece de esta manera, decimos que no está resuelto; cuando aparentemente es lo suficientemente grande como para exhibir una forma real, entonces se resuelve.
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¿Es posible ver otras estrellas de la misma manera que vemos nuestro sol, resuelto en todo (o al menos parte) de su esplendor?
Bueno, técnicamente, sí. Sin embargo, en la práctica es difícil.
La agudeza visual de un telescopio depende del tamaño de su abertura de captación de luz, que suele ser un espejo o una lente. Si hacemos números, hay bastantes estrellas que parecen lo suficientemente grandes en el cielo como para ser resueltas por nuestros telescopios más grandes. Pero todavía hay un problema: nuestra turbulenta atmósfera borra los detalles de los objetos astronómicos.
Esto establece una especie de límite en los detalles más pequeños que puedes ver de los objetos en el cielo. Pero hay técnicas inteligentes que pueden solucionar esta limitación, incluida la óptica adaptativa, que rápidamente remodela un espejo en el telescopio para contrarrestar el movimiento del aire que lo cubre. Otra es la imagen moteada, que utiliza secuencias de exposiciones extremadamente cortas para congelar ese mismo movimiento. En la década de 1970, los astrónomos utilizaron una variación de esta técnica para obtener imágenes nítidas de varias estrellas grandes cercanas, incluida Antares en Scorpius y la supernova incipiente favorita de todos, Betelgeuse en Orión. Eso sí, si bien estas son estrellas físicamente grandes, están tan lejos que parecen pequeñas, menos de 0,00002 grados de ancho, aproximadamente el mismo tamaño que aparecería una moneda estadounidense a una distancia de 100 kilómetros. En comparación, el tamaño del Sol es de medio grado: más de 30.000 veces más grande.
Por más inteligentes que sean estas técnicas, todavía enfrentan el obstáculo más fundamental: el tamaño de la apertura que define la resolución de un telescopio. Construir telescopios terrestres aún más grandes ayudaría, pero ofrece rendimientos decrecientes: a un cierto tamaño (alrededor del que ya tenemos hoy), la tarea se vuelve prohibitivamente difícil y costosa.
¡Pero existe otra técnica que puede sortear incluso esta limitación! Se llama interferometría y depende del hecho de que la luz es una onda.
Una vista interferométrica de la estrella gigante roja π1 Gruis, vista por el instrumento PIONIER del Very Large Telescope de ESO. La imagen resuelta revela células convectivas que forman la superficie de esta enorme estrella. Cada célula cubre más de una cuarta parte del diámetro de la estrella y mide unos 120 millones de kilómetros de diámetro.
Técnicamente, la luz es una oscilación de campos eléctricos y magnéticos, pero aún así actúa, en la mayoría de las circunstancias, exactamente como una onda. Un rayo de luz tiene crestas y valles, y cuando dos rayos se cruzan, pueden crear interferencias. Las crestas y los valles se suman, a veces formando crestas más altas y valles más bajos o, a veces, anulándose entre sí.
Probablemente ya estés familiarizado con este fenómeno, que también funciona con otros tipos de ondas. Si te sientas en una bañera llena de agua y te mueves hacia adelante y hacia atrás de manera rítmica, creas ondas que se mueven hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la bañera. Cuando las crestas de dos olas se cruzan, pueden llegar a ser tan altas que salpican agua fuera de la bañera. ¡Felicidades! Has hecho física compleja a la hora del baño.
La luz de una estrella también puede comportarse de esta manera. Normalmente, la interferencia no es tan simple como pares de crestas o valles que interactúan; La luz de una estrella tiene múltiples longitudes de onda y el patrón resultante que forma en cualquier telescopio es bastante complejo. Pero esa estructura, llamada patrón de interferencia o franja, codifica información sobre su fuente estelar, incluido el tamaño, la forma y la distribución del brillo (es decir, qué partes de ella son más brillantes o más tenues que otras).
Aquí está la parte más inteligente: si tienes dos telescopios separados por cierta distancia, la luz de ambos puede enviarse a un dispositivo que los suma para crear patrones de interferencia que pueden analizarse, decodificarse y luego usarse para crear una imagen del objeto que mapee sus detalles. Sin embargo, lo más importante es que la resolución de estos telescopios está definida por su separación, no por su tamaño. ¡Dos modestos telescopios separados por 100 metros podrían, en principio, ver tantos detalles como un telescopio del ancho de un campo de fútbol!
Esta técnica se llama interferometría. Los astrónomos lo demostraron con radiotelescopios en las décadas de 1940 y 1950, y ahora es una rutina en las observaciones de radio. Sin embargo, la interferometría se vuelve más difícil a medida que se acorta la longitud de onda de la luz. Las longitudes de onda “ópticas” de la luz visible, por ejemplo, son mucho más cortas que las de la radio, por lo que combinarlas es mucho más complicada. Aún así, a lo largo de los años, la interferometría óptica se ha desarrollado con gran éxito.
Uno de los telescopios más grandes del mundo, el Very Large Telescope (VLT), consta de cuatro telescopios de 8,2 metros (así como cuatro telescopios más pequeños) que cubren una distancia de más de 100 metros, lo que les proporciona una resolución fenomenal. Pero ni siquiera ese es el más grande: el conjunto del Centro de Astronomía de Alta Resolución Angular (CHARA) tiene seis telescopios de un metro separados por hasta 330 metros. CHARA tiene una resolución mejor que una millonésima de grado, más que suficiente para ver características en una muestra decente de estrellas. De hecho, la mayoría de las imágenes resueltas que tenemos de estrellas son de CHARA.
Las imágenes de estrellas de altísima resolución han revelado muchas estructuras sorprendentes y, francamente, extrañas. El VLT examinó la gigante roja π1 Gruis y descubrió que tiene enormes burbujas de gas caliente saliendo de su interior. CHARA miró la brillante estrella Altair y vio que tiene claramente una forma de huevo como resultado de su muy rápida rotación. Las observaciones de CHARA de la enorme hipergigante RW Cephei mostraron que su forma era irregular y cambiante, lo que indica que expulsó una enorme nube de polvo que sofocó la luz de las estrellas en 2022, como lo hizo Betelgeuse en 2019.
En cuanto a Betelgeuse, ha estado muchas veces en el foco de los interferómetros. Su tamaño ha cambiado a lo largo de los años y se ha descubierto que la superficie es compleja, agitada por enormes burbujas de gas caliente como las de π1 Gruis. Las supergigantes rojas masivas como Betelgeuse crean gran parte del polvo que vemos esparcido por la galaxia, pero el mecanismo no se comprende bien. Las observaciones interferométricas pueden ayudar a los astrónomos a investigar cómo sucede esto.
La resolución de la interferometría óptica está limitada únicamente por nuestra ingeniería y la velocidad a la que las computadoras pueden procesar los datos. Nadie sabe qué tan grande puede llegar a ser un telescopio virtual de este tipo; de hecho, el Telescopio Horizonte de Sucesos, que vinculó radiotelescopios de todo el mundo para generar imágenes de los campos magnéticos alrededor del agujero negro central de la Vía Láctea, ¡es efectivamente tan grande como la Tierra! A medida que nuestra tecnología avanza y mejora, es posible que aún veamos las caras de muchas más estrellas y aprendamos de ellas como lo hemos hecho de nuestro propio sol.