Ver las estrellas para estudiar la atmósfera de la Tierra

Una técnica usada para estudiar estrellas desde la superficie terrestre también puede ayudar a conocer mejor algunas características locales de la atmósfera terrestre. En una investigación reciente, se ha estudiado la turbulencia de la atmósfera terrestre observando las interferencias de luz proveniente de estrellas brillantes.

Los orígenes de la interferometría estelar se remontan a 1803 con las primeras investigaciones del británico Thomas Young y su experimento de doble rendija para combinar la luz de dos fuentes emisoras, implementado medio siglo más tarde por el francés Hippolyte Fizeau. Pero no fue hasta 1891 cuando el físico estadounidense Albert Abraham Michelson (famoso por el experimento de Michelson-Morley y premio Nobel de Física en 1907) aplicó con éxito la técnica para medir el diámetro de las lunas galileanas de Júpiter. En 1820, Michelson y los astrónomos J. A. Anderson y F. G. Pease consiguieron medir por primera vez los diámetros de estrellas gigantes. Desde entonces, las técnicas interferométricas constituyen una herramienta poderosa en astronomía, aunque de difícil manejo experimental, que se viene usando desde observatorios en Tierra y en el espacio.

En el Máster en Ciencia y Tecnología Espacial de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), se imparte la asignatura Interferometría Espacial en la que se introducen sus fundamentos y se llevan adelante prácticas con telescopios, simulando las estrellas con fuentes de luz láser y fibras ópticas de plástico, lo que permitió realizar y publicar algunas investigaciones. Pero esta vez se propuso como objetivo la obtención y estudio de interferogramas de estrellas brillantes reales seleccionadas por sus características. Estas fueron Sirio (una estrella blanca, la más brillante del cielo), y las estrellas Betelgeuse (roja) y Rigel (azul) de la constelación de Orión. La detección de los patrones de interferencia de estas estrellas se realizó mediante el telescopio de 28 cm de diámetro del Aula Espazio Gela de la Escuela de Ingeniería de Bilbao.

El director del Aula y del Máster Agustín Sánchez-Lavega, la profesora Asun Illarramendi y el alumnado del Máster que ha participado en la investigación. (Foto: Fernando Gómez)

Pablo Rodríguez-Ovalle, Alberto Mendi, Ainhoa Angulo, Iván Reyes, Mikel Pérez-Arrieta, estudiantes ya graduados del Máster, guiados por la profesora Asun Illarramendi y el director del Aula y del Máster Agustín Sánchez-Lavega, llevaron adelante la preparación del dispositivo experimental y la obtención y estudio de los patrones de interferencia de estas estrellas. Encontraron que, si bien los patrones experimentales ajustaban razonablemente bien con la predicción teórica, su visibilidad interferencial se veía afectada por la turbulencia de la atmósfera terrestre (conocida como “seeing”), es decir, por los movimientos erráticos de las masas de aire de nuestra atmósfera que la luz de la estrella atraviesa hasta llegar al telescopio. Modificando la teoría, el equipo pudo medir la turbulencia atmosférica en las noches de observación, un aspecto básico que todos los observatorios desean cuantificar por su efecto pernicioso en la obtención de imágenes astronómicas con los telescopios en la Tierra.

Se propone esta metodología como una práctica en la que se analizan conceptos importantes relacionados con la interferometría estelar, como la coherencia espacial y temporal de la luz. Asimismo, el experimento proporciona medidas de la turbulencia de la atmósfera terrestre, seleccionando diferentes tipos de estrellas, longitudes de onda, y características de las máscaras colocadas sobre el objetivo del telescopio para producir los interferogramas.

El trabajo se titula “Practical study of optical stellar interferometry”. Y se ha publicado en la revista académica American Journal of Physics. (Fuente: UPV/EHU)