Infrarrojos cercanos, medianos y lejanos

2021-09-16

El infrarrojo generalmente se divide en 3 regiones espectrales: infrarrojo cercano, medio y lejano. Los límites entre las regiones del infrarrojo cercano, medio y lejano no están acordados y pueden variar. El factor principal que determina cuál  Longitudes de onda  Se incluyen en cada una de estas tres regiones de infrarrojos es el tipo de tecnología de detector utilizado para la recolección  Luz infrarroja.

Se han realizado observaciones en el infrarrojo cercano desde observatorios terrestres desde la década de 1960. Se realizan de la misma manera que las observaciones de luz visible para longitudes de onda inferiores a 1 micrón, pero requieren detectores infrarrojos especiales superiores a 1 micrón. Las observaciones del infrarrojo medio y lejano solo pueden ser realizadas por observatorios que puedan superar nuestra atmósfera. Estas observaciones requieren el uso de detectores refrigerados especiales que contienen cristales como el germanio cuya resistencia eléctrica es muy sensible al calor.

La radiación infrarroja es emitida por cualquier objeto que tenga una temperatura (es decir, irradia calor). Entonces, básicamente todos los objetos celestes emiten algunos infrarrojos. La longitud de onda a la que un objeto irradia más intensamente depende de su temperatura. En general, a medida que la temperatura de un objeto se enfría, aparece de manera más prominente en longitudes de onda infrarrojas más lejanas. Esto significa que algunas longitudes de onda infrarrojas son más adecuadas para estudiar ciertos objetos que otras.

El resto de este artículo analiza principalmente la tecnología de observación de objetos celestes utilizando los principios de la detección del infrarrojo cercano, medio y lejano. Esto ilustra la naturaleza de viaje a distancia de la radiación infrarroja, aunque en cantidades muy pequeñas, y la importancia de gran alcance de comprender el infrarrojo.

Visible (courtesy of Howard McCallon), near-infrared (2MASS), and mid-infrared (ISO) view of the Horsehead Nebula. Image assembled by Robert Hurt.

Vista visible (cortesía de Howard McCallon), infrarrojo cercano (2MASS) e infrarrojo medio (ISO) de la nebulosa Cabeza de caballo. Imagen ensamblada por Robert Hurt.

A medida que nos movemos del infrarrojo cercano a las regiones del infrarrojo medio y lejano del espectro, aparecerán algunos objetos celestes mientras que otros desaparecerán de la vista. Por ejemplo, en la imagen anterior puede ver cómo aparecen más estrellas (generalmente estrellas más frías) a medida que pasamos de la imagen de luz visible a la imagen de infrarrojo cercano. En el infrarrojo cercano, el polvo también se vuelve transparente, lo que nos permite ver las regiones ocultas por el polvo en la imagen visible. A medida que avanzamos hacia la imagen del infrarrojo medio, el polvo más frío se ilumina. La siguiente tabla destaca lo que vemos en las diferentes regiones espectrales infrarrojas.

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NEAR INFRARED:

Entre aproximadamente 0,7 a 1,1 micrones podemos utilizar los mismos métodos de observación que se utilizan para las observaciones de luz visible, excepto para la observación a simple vista. La luz infrarroja que observamos en esta región no es térmica (no debido a la radiación de calor). Muchos ni siquiera consideran esta gama como parte de la astronomía infrarroja. Más allá de aproximadamente 1,1 micrones, la emisión infrarroja es principalmente calor o radiación térmica.

A medida que nos alejamos de la luz visible hacia longitudes de onda de luz más largas, entramos en la región infrarroja. A medida que entramos en la región del infrarrojo cercano, las estrellas azules calientes que se ven claramente en la luz visible se desvanecen y las estrellas más frías aparecen a la vista. Grandes estrellas gigantes rojas y enanas rojas de baja masa dominan en el infrarrojo cercano. El infrarrojo cercano es también la región donde el polvo interestelar es el más transparente a la luz infrarroja.

Visible (left) and Near-Infrared View of the Galactic Center .

Vista visible (izquierda) e infrarroja cercana del Centro Galáctico.

Visible image courtesy of Howard McCallon. The infrared image is from the 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

Imagen visible cortesía de Howard McCallon. La imagen infrarroja es de 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

Observe en las imágenes anteriores cómo el centro de nuestra galaxia, que está oculto por el polvo espeso en la luz visible (izquierda), se vuelve transparente en el infrarrojo cercano (derecha). Muchas de las estrellas más calientes de la imagen visible se han desvanecido en la imagen del infrarrojo cercano. La imagen del infrarrojo cercano muestra estrellas rojizas más frías que no aparecen en la vista de luz visible. Estas estrellas son principalmente enanas rojas y gigantes rojos.

Los gigantes rojos son grandes estrellas rojizas o naranjas que se están quedando sin combustible nuclear. Pueden aumentar hasta 100 veces su tamaño original y tener temperaturas que oscilan entre 2000 y 3500 K. Los gigantes rojos irradian más intensamente en la región del infrarrojo cercano.

Las enanas rojas son las más comunes de todas las estrellas. Son mucho más pequeñas que nuestro Sol y son las estrellas más frescas que tienen una temperatura de aproximadamente 3000 K, lo que significa que estas estrellas irradian con más fuerza en el infrarrojo cercano. Muchas de estas estrellas son demasiado débiles en luz visible para incluso ser detectadas por telescopios ópticos, y se han descubierto por primera vez en el infrarrojo cercano.

MID INFRARED:

A medida que entramos en la región del infrarrojo medio del espectro, las estrellas frías comienzan a desvanecerse y aparecen objetos más fríos como planetas, cometas y asteroides. Los planetas absorben la luz del sol y se calientan. Luego vuelven a irradiar este calor como luz infrarroja. Esto es diferente de la luz visible que vemos desde los planetas que se refleja en la luz solar. Los planetas de nuestro sistema solar tienen temperaturas que oscilan entre 53 y 573 grados Kelvin. Los objetos en este rango de temperatura emiten la mayor parte de su luz en el infrarrojo medio. Por ejemplo, la Tierra misma irradia con más fuerza a unas 10 micras. Los asteroides también emiten la mayor parte de su luz en el infrarrojo medio, lo que hace que esta banda de longitud de onda sea la más eficiente para localizar asteroides oscuros. Los datos infrarrojos pueden ayudar a determinar la composición de la superficie y el diámetro de los asteroides.

El polvo calentado por la luz de las estrellas también es muy prominente en el infrarrojo medio. Un ejemplo es el polvo zodiacal que se encuentra en el plano de nuestro sistema solar. Este polvo está formado por silicatos (como las rocas de la Tierra) y varían en tamaño desde una décima de micra hasta el tamaño de rocas grandes. Los silicatos emiten la mayor parte de su radiación a unas 10 micras. El mapeo de la distribución de este polvo puede proporcionar pistas sobre la formación de nuestro propio sistema solar. El polvo de los cometas también tiene una fuerte emisión en el infrarrojo medio.

IRAS mid-infrared view of Comet IRAS-Araki-Alcock

IRAS vista de infrarrojo medio del cometa IRAS-Araki-Alcock

El polvo interestelar cálido también comienza a brillar a medida que entramos en la región del infrarrojo medio. El polvo alrededor de las estrellas que tienen material expulsado brilla más intensamente en el infrarrojo medio. A veces, este polvo es tan espeso que la estrella apenas brilla y solo puede detectarse en el infrarrojo. Los discos protoplanetarios, los discos de material que rodean las estrellas recién formantes, también brillan intensamente en el infrarrojo medio. Estos discos son donde posiblemente se estén formando nuevos planetas.

FAR INFRARED:

En el infrarrojo lejano, todas las estrellas han desaparecido. En cambio, ahora vemos materia muy fría (140 Kelvin o menos). Enormes y frías nubes de gas y polvo en nuestra propia galaxia, así como en galaxias cercanas, brillan con luz infrarroja lejana. En algunas de estas nubes, recién comienzan a formarse nuevas estrellas. Las observaciones del infrarrojo lejano pueden detectar estas protoestrellas mucho antes de que "se encienda" visiblemente al detectar el calor que irradian a medida que se contraen ".

IRAS view of infrared cirrus - dust heated by starlight

IRAS  Vista  De  Infrarrojo  Cirros  –  Polvo  Calentado  Por  Luz estelar

  El centro de nuestra galaxia también brilla intensamente en el infrarrojo lejano debido a la espesa concentración de estrellas incrustadas en densas nubes de polvo. Estas estrellas calientan el polvo y hacen que brille intensamente en el infrarrojo. La imagen (a la izquierda) de nuestra galaxia tomada por el satélite COBE, es un compuesto de longitudes de onda del infrarrojo lejano de 60, 100 y 240 micrones.

A excepción del plano de nuestra propia Galaxia, el objeto infrarrojo lejano más brillante del cielo es la región central de una galaxia llamada M82. El núcleo de M82 irradia tanta energía en el infrarrojo lejano como todas las estrellas de nuestra Galaxia combinadas. Esta energía del infrarrojo lejano proviene del polvo calentado por una fuente que está oculta a la vista. Las regiones centrales de la mayoría de las galaxias brillan muy intensamente en el infrarrojo lejano. Varias galaxias tienen núcleos activos ocultos en densas regiones de polvo. Otras, llamadas galaxias de estallido estelar, tienen un número extremadamente alto de estrellas recién formadas que calientan las nubes de polvo interestelar. Estas galaxias eclipsan con creces a todas las demás galaxias en el infrarrojo lejano.

Michael Hauser (Space Telescope Science Institute), the COBE/DIRBE Science Team, and NASA

Michael Hauser (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial), el equipo científico COBE/DIRBE y la NASA

IRAS infrared view of the Andromeda Galaxy (M31) - notice the bright central region.

Vista infrarroja IRAS de la Galaxia de Andrómeda (M31): observe la brillante región central.

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