El Universo nos fascina. Su inmensidad, su belleza, su misterio… nos cautivan y nos hacen preguntarnos sobre su funcionamiento y hasta sobre nuestra existencia. Y aunque para lo segundo las respuestas sean más complicadas y subjetivas, para las primeras la física va poco a poco encontrando respuestas. Hoy vamos a hablaros de cómo se consiguen algunas de estas respuestas, en concreto cómo se mide la velocidad de los objetos lejanos.
Típicamente la velocidad se mide observando cuánto tarda un objeto en moverse una cierta distancia. Sin embargo, para medir la velocidad de una estrella este proceso es complicado porque nuestro propio movimiento altera las medidas. Conociendo cómo se mueve la Tierra podemos introducir correcciones y saber cuánto se ha movido una determinada estrella, pero solo a derecha, izquierda, arriba y abajo. Esto es bastante, pero nos falta un dato clave: en profundidad. Para saber cuánto se aleja o se acerca una estrella de nosotros estas técnicas no valen porque están tan lejos que su tamaño apenas varía.
El efecto Doppler para medir la velocidad de una estrella
Para medir esta velocidad que los astrofísicos llaman “velocidad radial” es necesario utilizar un efecto que más o menos todos conocemos: el efecto Doppler. Este efecto se estudia típicamente con sonido y hace que oigamos más agudo un sonido cuando este se acerca a nosotros y más grave cuando se aleja. Cuando la fuente del sonido se acerca emite las ondas de sonido cada vez más cerca de nosotros por lo que la onda nos llega comprimida y la frecuencia aparece más alta, sonidos más agudos. Al revés ocurre cuando el emisor del sonido se aleja.
Este fenómeno ocurre de forma similar para la luz, solo que con colores. Midiendo cómo es el color de una estrella con respecto a cómo debería ser podemos decir si la estrella se aleja de nosotros o si la estrella se acerca e incluso decir con mucha precisión la velocidad a la que lo hace. Y aquí empiezan las complicaciones: ¿qué color debería tener una estrella? Depende de su temperatura. La respuesta no nos saca de mucho ya que a día de hoy nadie ha conseguido llevar un termómetro a ninguna estrella para mirar su temperatura.
Medir velocidad usando el efecto Doppler
Existen ecuaciones que relacionan a grosso modo el tamaño de una estrella con su temperatura, pero no son demasiado precisas y existe un método aún mejor: mirar sus átomos. Los átomos son los componentes fundamentales de toda la materia y son exactamente iguales en todas las partes del universo. Además los átomos puede absorber o emitir luz y lo hacen siempre de una forma única para cada tipo de átomo. Para establecer una comparación sencilla, mirar el espectro de un átomo (cómo emite y absorbe luz) es como mirar el ADN de una persona, es un identificador único.
Como las estrellas poseen, evidentemente, átomos, su luz nos llega con restos del espectro de cada uno de los componentes. Fijándonos en qué longitud de onda emite y absorbe cada átomo y comparándolo con esas mismas emisiones y absorciones en la tierra, podemos establecer la cantidad de efecto Doppler presente y por tanto la velocidad a la que se aleja o se acerca una estrella.
Además, gracias a la potencia de los nuevos telescopios se pueden medir más detalles utilizando la misma técnica. Cuando las estrellas no están excesivamente alejadas, se puede medir de forma independiente la luz de distintas partes de la estrella. Por ejemplo, se puede medir la luz de la parte más a la izquierda y de la parte más a la derecha.
Midiendo esta luz y comparando las velocidades de cada uno de los extremos, se puede obtener la velocidad a la que está rotando la estrella. Suena a magia, pero es ciencia. Ciencia que desde hace tiempo es el día a día de los astrofísicos.
Esta técnica Doppler es muy potente y se usa para medir otras muchas magnitudes; ¡es como funcionan los radares de las carreteras! Así que si alguno tiene curiosidad, preguntad en los comentarios.