Conoce los Rayos X by Redes Sociales

En astronomía, los rayos X nos muestran cosas que a luz visible seríamos incapaces de ver...

Chandra

La radiación electromagnética viaja en ondas, y la energía de la radiación depende de la distancia entre las crestas de las ondas o  longitud de onda. Cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la energía de la radiación. Los rayos gamma tienen longitudes de onda del tamaño del núcleo de un átomo, por lo que tienen mucha energía. 

famousinventors

Los rayos X fueron descubiertos por el físico alemán Wilhelm Roentgen en 1.895. Una misteriosa radiación que tiene la capacidad de atravesar muchos materiales que absorben la luz visible. De hecho, los rayos X tienen la capacidad de eliminar electrones de los átomos.

Chandra

La materia está en movimiento. Si pudiéramos verla hasta el nivel atómico, observamos átomos y moléculas que están vibrando cientos de billones de veces por segundo y que se chocan entre sí, mientras que los electrones crecían a una velocidad de alrededor de un millón de km por hora. Cuando las partículas cargadas colisionan, o tienen cambios repentinos en su movimiento, producen haces de energía llamados fotones que se alejan del choque a la velocidad de la luz. Es más, son luz o mejor dicho, radiación electromagnética. Como los electrones son la partícula cargada más ligera conocida, son los más inquietos, por lo que son los responsables de la mayoría de los fotones producidos en el Universo.

Chandra

Como sabemos, la luz puede tomar muchas formas, ondas de radio, microondas, infrarrojos, visibles, ultravioleta, rayos X y radiación gamma. La energía del fotón indica que tipo de luz es. Las energías de los fotones de rayos X varían de cientos de miles de veces más altas que las de los fotones ópticos.

Chandra

La velocidad de las partículas cuando colisionan establece un límite en la energía del fotón. La velocidad también es una medida de la temperatura...

Chandra

Las temperaturas muy bajas producen fotones de radio y microondas de baja energía, mientras que los cuerpos fríos producen radiación infrarroja. Las temperaturas muy altas producen rayos X. 

Chandra

Los fotones en si también pueden colisionar con electrones. Si los electrones tienen más energía que los fotones, la colisión puede aumentar la energía de los fotones. De esta manera, los fotones pueden cambiarse de fotones de baja energía a fotones de alta energía. Es un proceso llamado dispersión de Compton, muy importante en los agujeros negros, donde la materia es muy densa y se ha calentado a muchos millones de grados.

Chandra

Los fotones recogidos en el espacio por los telescopios de rayos X revelan los puntos calientes del Universo, regiones donde las partículas se han energizado o elevado a altas temperaturas mediante gigantescas explosiones o intensos campos gravitacionales. Condiciones que existen en una asombrosa variedad de lugares, que van desde los vastos espacios entre las galaxias, a estrellas de neutrones, agujeros negros...

Chandra  Cluster Perseus (Rayos X)

Cuando un electrón libre se acelera por el campo magnético de un protón o un átomo cargado, los fotones emitidos pueden tener un amplio rango de energías que depende de la velocidad con la que se mueven los electrones, y de cuánto se aceleren. La distribución de las energías de los fotones debido a este proceso se llama espectro contínua, en forma de curva. Por el contrario, si el electrón está en órbita alrededor del núcleo de un átomo neutro o cargado (ión), el espectro es una serie de picos o líneas. Esto sucede porque las órbitas de los electrones en un átomo están reguladas por las reglas de la teoría cuántica. Estas órbitas, o mejor dicho estados de energía, están separadas por una cantidad específica de energía, del mismo modo que las escaleras están separadas por una determinada altura. Del mismo modo que no puede moverse a una posición entre escalones, un electrón en un átomo no puede moverse a una posición entre estados de energía. Los átomos para cada elemento, como el oxígeno, carbono, etc., tienen sus propios conjuntos únicos de estados de energía.

Chandra

En su estado normal, los electrones que se encuentran en los átomos están en su estado de energía más bajo. Pero si el átomo se ha excitado por una colisión con un electrón libre, otro átomo o un fotón, el nivel de energía más bajo estará desocupado. Uno de los electrones en órbita saltará rápidamente de nivel, liberando energía en forma de un fotón. Estos fotones dan lugar a una línea de emisión en el espectro. Un gas caliente compuesto de muchos átomos emitirá un espectro compuesto de muchas líneas de emisión debido a los diversos elementos que están presentes en el gas.

Chandra

También puede ocurrir el proceso opuesto. Si una corriente de fotones encuentra un gas, los fotones cuya energía corresponde a los niveles de energía en un átomo serán absorbidos por el átomo. Los estudios de las energías de los fotones emitidos o absorbidos por un átomo de un elemento en particular, dan un modelo para los estados de energía de ese átomo. Al conocer este modelo o espectro de energía, los astrónomos pueden buscarlo en la radiación de las estrellas y el gas, por lo que se puede determinar la cantidad de cada elemento presente. De esta forma, los científicos han determinado que las estrellas están hechas principalmente de hidrógeno, con una mezcla de helio  trazas de elementos más pesados como el carbono, nitrógeno, oxígeno, etc.

Chandra

La fluorescencia de rayos X de los átomos ocurre cuando una partícula de alta energía o rayos X, golpea un electrón libre desde el nivel de energía más interno de un átomo, creando un átomo inestable. Un electrón desde un nivel de energía externo inmediatamente sata a un estado de energía más bajo, con la emisión de un rayo X con una energía distinta específica del átomo. Esto sucede alrededor de los agujeros negros cuando los rayos X de alta energía producidos por el gas caliente muy cerca del agujero negro colisionan con los átomos de hierro en el gas más frío y el polvo en las cercanías. 

Chandra

Los fotones de rayos X también pueden crearse bajo diferentes condiciones. Cuando los científicos estaban investigando con los aceleradores de partículas, descubrieron que los electrones pueden producir fotones sin colisionar. Y esto fue posible porque el campo magnético en los aceleradores de partículas producía que los electrones se movieran en grandes espirales alrededor de las líneas de fuerza del campo magnético. A este proceso se le llama radiación de sincrotón. En el Cosmos, las partículas como los electrones se pueden acelerar a altas energías, cerca de la velocidad de la luz, mediante campos eléctricos y magnéticos. Estas partículas de alta energía pueden producir fotones se sincrotón con longitudes de onda que van desde la radio hasta las energías de rayos X.

Chandra

La radiación de sincrotón de fuentes cósmicas tiene un espectro único con fotones con energía. La radiación disminuye con la energía con menos rapidez que el espectro de radiación de un gas caliente. Cuando se observa radiación de sincrotón en los remanentes de una Supernova, chorros cósmicos u otras fuentes de energía, nos revela información sobre los electrones de alta energía y los campos magnéticos que están presentes.

Fuente: chandra