“La emisión máser es muy importante, permite estudiar fenómenos físicos asociados a los extremos de la vida de las estrellas, tanto a su formación, como a su evolución”, sostuvo la astrónoma mexicana

“Las luciérnagas son insectos que producen un conjunto de reacciones químicas en su abdomen que generan luz con gran eficiencia… y los máseres son trazadores de fenómenos energéticos en las estrellas”, expuso Lucero Uscanga, del Departamento de Astronomía de la Universidad de Guanajuato, en la conferencia Los máseres: las luciérnagas del universo.

La astrónoma mexicana explicó que la palabra máser se forma de la expresión Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de Microondas por Emisión Estimulada de Radiación) y se refiere a las emisiones intensas de microondas por bombeo, en regiones de formación estelar. “Su emisión se caracteriza por tener un brillo intenso, hablamos de temperatura de brillo de 10 a 12 grados Kelvin y se compacta del orden de 10 a 13 centímetros”.

Aseguró que, para comprender el funcionamiento de un máser, se pueden hacer la analogía con las luciérnagas en la Tierra, la luz emitida por estos insectos tiene una longitud de onda de entre 510 y 670 nanómetros, un nanómetro es la mil millonésima parte del metro, de ahí que se perciba una variada paleta de colores en su brillo, amarillo pálido, rojizo o verde. Para poner un ejemplo, “si nosotros dejamos pasar luz blanca, a través de un prisma, ésta se va a descomponer en los colores del arcoíris, que van de los 400 a los 700 nanómetros”, en este sentido, el prisma estimula la luz que lo atraviesa.

En el caso del cosmos, el espectro electromagnético funciona como una ventana de energía de la radiación que nosotros percibimos, por lo tanto, para que un máser se pueda observar, la emisión estimulada es esencial. Pero ¿cómo funciona esto? La experta expuso que se puede pensar que el máser tiene un fotón de energía, que a su vez interactúa con un gas cuyas moléculas están en niveles de energía superiores o excitados. Al estimular el fotón con estas condiciones, las moléculas van a pasar del nivel superior o excitados a los niveles inferiores o al estado base, y se va a producir otro fotón con las características del fotón estimulante. Es decir, la misma dirección y la misma frecuencia. Entonces, “dependiendo de las condiciones físicas, puede ser que la radiación inicial que incide en el gas sea amplificada exponencialmente, de ahí que los máseres sean intensos”.

De acuerdo con la especialista, los máseres se pueden observar, a través de interferómetros, que son conjuntos de antenas, que al unísono observan un objeto astronómico. Enfatizó que, por lo general, la emisión máser se puede presentar hacia el inicio y al final de la vida de las estrellas. “En el nacimiento podemos dividir en dos fases la formación estelar, en una primera etapa, se va a dar el colapso gravitacional, y en la segunda, se genera la acreción de masa”.

Recordó que, en la primera etapa de una estrella, se encuentra el núcleo molecular, una nube densa de 10 mil unidades astronómicas, una unidad astronómica se refiere a la distancia media entre la Tierra y el Sol. “Esta empieza a colapsar, se forma una especie de semilla en la parte central y luego pasa a la fase de la protoestrella, que es como un disco de material denso en el que fluye todo hasta que desaparece la nube inicial”.

¿Qué ocurre con la emisión máser? Esta emisión se presenta en la etapa de la protoestrella, aseguró la experta. Comentó que existen diversas moléculas que la componen como el vapor de agua, el oxidrilo y las moléculas de metanol. El metanol se presenta en protoestrellas muy jóvenes y conforme avanza la edad, pueden presentarse las tres moléculas. “La emisión máser en las estrellas evolucionadas aparece en la fase previa a la nebulosa y, después, en la nebulosa planetaria, en esta última fase tienen una estructura similar a la cáscara de cebolla”.

Explicó que, en estas fases, primero se encuentran los máseres más cerca de la estrella, después los máseres de agua y más hacia afuera los máseres de oxidrilo. “Estos máseres presentan esta estructura estratificada debido a que necesitan distintas condiciones físicas para el bombeo de los máseres de distintas moléculas. Cuando la pérdida de masa cambia, entonces los máseres empiezan a desaparecer como si se fueran apagando. Tardan los que están más cerca de la estrella alrededor de diez años, un poquito más, lejos alrededor de cien años, y luego los de oxidrilo alrededor de mil”.

Puntualizó que, si se compara una fotografía de las luciérnagas en la oscuridad de un bosque, se pueden identificar brazos que logran dar forma a ciertas estructuras, como ondas. Existen especies de luciérnagas que pueden sincronizar su destello y dar esa apariencia de ondas de luz. “Eso me llevó a hacer la similitud con los máseres, aunque no los podemos ver en el óptico, sino en radio, su forma de representarlos es una emisión muy puntual en el cielo, luego si les damos distintos colores, vemos que su movimiento tiene que ver con la velocidad con respecto a nosotros y pueden formar estructuras muy curiosas, sólo que estas van a tener un significado físico asociado a la región en la que se encuentren”.

Aseguró que las nebulosas planetarias son de los objetos más fotogénicos que hay en la astronomía, presentan una gran variedad morfológica, desde elípticas hasta bipolares, pasando por figuras como alas de una mariposa. Actualmente se estudia por qué esta variedad, y se piensa que puede haber sistemas binarios o múltiples en su interior que juegan un papel importante que les dan estructura, entre ellos los máseres.

Lucero Uscanga subrayó que, en el año 2020, un grupo de astrónomos en el año lograron identificar una estructura espiral creada por máseres en una estrella. Se trataba de máseres bastante exóticos creados por moléculas que no se conocían, como un hidrógeno, oxígeno y un ácido en forma de gas. La forma en la que descubrieron esta estructura fue porque esa emisión presentaba un crecimiento muy grande de flujo captado por los radiotelescopios. Ese incremento drástico se tradujo como una asociación con este crecimiento episódico.

De particular interés, son los máseres de agua, que se encuentran en un grupo de estrellas conocidas como wáter fountains, porque se caracterizan por presentar máseres de agua que trazan flujos de alta velocidad. “La emisión máser es muy importante, porque permite estudiar fenómenos físicos asociados a los extremos de la vida de las estrellas, tanto a su formación, como a su evolución. Podemos estudiar fenómenos astrofísicos en escalas de tiempo humanas”.

En palabras de la ponente, la comunidad de astrónomos a nivel mundial, tanto observacionales como teóricos, colaboran para entender la naturaleza astrofísica de los máseres, sus comportamientos, sus tipos de estallidos y sus usos como trazadores de fenómenos astrofísicos.

Fuente: El Colegio Nacional