Las preguntas de Iria: ¿Puedo comprar un láser rosa?

Los láseres están en todas partes: en los lectores de discos, en las cirugías de precisión y hasta en espectáculos de luces impresionantes, aunque ya sabéis que nuestros láseres favoritos son los astronómicos que usamos para apuntar a las estrellas. Pero cuando Iria me preguntó un día si podíamos comprar un láser rosa para no tener que usar siempre nuestro viejo puntero verde, se encontró con una desagradable sorpresa: no, no se puede fabricar un láser rosa. ¿Por qué?

¿Qué es un láser y cómo funciona?

La palabra "laser" es un acrónimo del inglés Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, que significa "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación". En términos sencillos, un láser es un haz de luz extremadamente ordenado: si pensamos en la naturaleza ondulatoria de la luz observamos que las ondas de un láser tienen todas la misma frecuencia (o igual longitud de onda) es decir que tienen el mismo color -monocromático-; oscilan en sincronía -coherente- y se propagan en una sola dirección sin dispersarse -colimado-.

Esquema básico de un Láser
1 Medio con inversión de población    2 Alimentación energética del láser
3 Espejo de reflectancia 100%  4 Espejo de reflectancia 99%  5 Emisión de luz láser

Para generar un láser se necesita un material activo (1), como un gas, un cristal o un semiconductor, que pueda ser excitado (2) para emitir luz en una frecuencia específica (5), este efecto está basado en un concepto cuántico llamado inversión de población. En cuanto al color de la luz emitida, los láseres de helio-neón emiten luz roja (632.8 nm), los de argón pueden emitir en azul o verde, y los de diodo se usan en múltiples aplicaciones con colores ajustables.

La clave: frecuencia, fase y polarización

El color de un láser, que no es más que la interpretación de nuestro cerebro a un estímulo externo, está determinado por la frecuencia de la luz que emite. Cada color que percibimos corresponde a una frecuencia (o longitud de onda) específica en el espectro electromagnético visible. El rojo, por ejemplo, tiene longitudes de onda más largas (alrededor de 700 nm), mientras que el azul tiene longitudes de onda más cortas (cercanas a 450 nm). Un láser, al ser monocromático, solo emite en una de estas longitudes de onda. 

Seguramente sea útil recordar que la frecuencia y la longitud de las ondas electromagnéticas están relacionadas por c = ν λ donde c es la velocidad de la luz, ν es la frecuencia y λ la longitud de onda, por lo que podemos hablar indistintamente de una o de la otra.

Además de la frecuencia, la fase y la polarización son propiedades fundamentales de la luz láser. La fase describe en qué punto de su ciclo de oscilación se encuentra una onda en un momento dado. En un láser, todas las ondas están sincronizadas en fase, lo que contribuye a su coherencia y permite interferencias constructivas que refuerzan la intensidad del haz. En la luz de una bombilla tenemos diversas frecuencias y fases, lo que interpretamos como luz blanca; en un led todas las ondas tienen la misma longitud de onda pero no están en fase, lo que interpretamos como luz de un determinado color; solo en el láser las ondas tienen todas igual frecuencia y están sincronizadas en fase.

La polarización, por su parte, se refiere a la orientación de la oscilación del campo eléctrico de la luz. En la luz ordinaria, las ondas vibran en todas direcciones, pero en un láser, la polarización puede controlarse para que las ondas oscilen en un solo plano o en una combinación específica de planos, lo que resulta útil en aplicaciones científicas y tecnológicas avanzadas.

En una onda electromagnética las oscilaciones del campo eléctrico E y del campo magnético B son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación de la onda v. En el caso del láser todas las ondas tienen la misma dirección de propagación (colimado) y las oscilaciones eléctrica y magnética de cada onda están exactamente en los mismos planos (polarizado).

¿Por qué no hay láser rosa?

El problema con el color rosa es que no tiene una longitud de onda correspondiente. En realidad, el rosa no existe en el espectro visible como un color puro, sino que es una combinación de luz roja y azul o violeta. Nuestro cerebro interpreta esta mezcla como "rosa" o "magenta", pero no hay una frecuencia única de luz que corresponda a ese tono. Lo sentimos mucho pero el rosa NO es un color. 

No hay Rosa aquí :-(

Como los láseres solo pueden emitir en una única frecuencia, no pueden producir el rosa directamente. Para obtener luz rosa, se necesitaría mezclar luz de diferentes frecuencias, algo que ocurre en pantallas o mediante fuentes de luz convencionales, pero no con un solo láser.

Iria y su láser rosa :-)

Así que, aunque no podamos fabricar un láser rosa puro, podemos seguir explorando los límites de la luz y la física para crear combinaciones sorprendentes. Por cierto, os vamos a retar con esta pregunta: Si la luz láser es como os hemos contado, solo deberíamos ser capaces de ver su reflejo, un punto en el que rebote; pero cuando apuntamos el láser astronómico a las estrellas vemos todo el rayo, ¿cómo es esto posible? Habrá premio para los acertantes :-)

Y una última cosita: recordad que los láseres astronómicos solo se deben utilizar para apuntar a las estrellas, nunca a las personas, aviones ni cualquier otro objeto o ser vivo. Los punteros láser astronómicos pueden causar daños irreversibles en la vista. Seamos simplemente razonables. Gracias.

La melodía hipnotizante de los púlsares.

Si crees que la música sólo vive en una radio o en la guitarra de un virtuoso, espera a escuchar el latido del universo: los púlsares. Esos fascinantes objetos celestiales, con su incesante "tic-tac", hacen vibrar el cosmos como si fueran los baterías de una banda intergaláctica, marcando el ritmo en una sinfonía de energía, materia, espacio y tiempo.

Un púlsar es, en esencia, el remanente de una estrella masiva que explotó en forma de supernova y se transformó en una extremadamente densa y compacta estrella de neutrones. Lo realmente especial es su rotación vertiginosa y la emisión de radiación en forma de pulsos extremadamente regulares. Es como si el universo tuviera un metrónomo natural, marcando el compás de la ciencia con una precisión asombrosa.

La génesis de un latido estelar

La vida de una estrella es un verdadero cuento épico: desde su nacimiento en una nebulosa hasta su explosión en una supernova, el viaje de una estrella es cualquier cosa menos aburrido. Cuando, finalmente, la estrella colapsa, su núcleo se comprime hasta niveles de densidad increíbles y da origen a una estrella de neutrones. Estos pequeños titanes, con una masa comparable a la del Sol, pero con una densidad inimaginable, giran a velocidades tan extraordinarias que algunos pueden completar cientos de rotaciones por segundo.

Su enorme densidad es debida a que en el núcleo de la estrella, bajo una presión enorme, se producen reacciones nucleares que "combinan" electrones y protones para formar neutrones; lo que reduce drásticamente el volumen del núcleo estelar.

Púlsar PSR B1509-58 (NASA)
la radiación de rayos X detectada por Chandra se representa en color dorado,
los infrarrojos detectados por WISE aparecen en rojo, verde y azul.

Y el origen de esos giros tan veloces está en una de las Tres Leyes de Conservación de la Física: en este caso hablamos de la Conservación del Momento Angular o, para que se entienda, la cantidad de giro. Al colapsar el radio de la estrella se reduce brutalmente, pasando de miles de kilómetros a solo unos pocos. La conservación del momento angular obliga a la estrella mucho más pequeña a girar mucho más rápidamente, al igual que pasa, por ejemplo, con un patinador que rota sobre sí mismo con los brazos extendidos; al cerrar los brazos sobre su cuerpo, su "radio" disminuye y su velocidad aumenta.

El misterio inicial: ¿Mensajes de otras civilizaciones?

Cuando en 1967 se detectó por primera vez un pulso regular y sorprendentemente preciso que provenía de una estrella (pulsant star: púlsar), la comunidad científica se encontró con un enigma. Los primeros registros, elaborados por Jocelyn Bell Burnell y Antony Hewish, mostraron señales tan uniformes que, en tono medio en broma, se especuló que podrían ser transmisiones de "pequeños hombres verdes" (LGM, por sus siglas en inglés, "Little Green Men"). La idea de que pudiéramos estar recibiendo mensajes de inteligencia extraterrestre encendió la imaginación de muchos.

A la izquierda la gráfica LGM1 (Little Green Men 1) del que resultó ser el púlsar PSR B1919+21,
a la derecha Jocelyn Bell junto al Mullard Radio Obervatory, 1967.

No tardó mucho en quedar claro, tras múltiples observaciones y estudios, que esos pulsos provenían de la rotación de una estrella de neutrones. Así, la hipótesis de comunicación alienígena dio paso al entendimiento de un proceso natural fascinante, abriendo una nueva ventana para explorar los extremos del universo.

La precisión de un reloj cósmico

Lo que realmente distingue a los púlsares es su regularidad casi obsesiva. Cada pulso de radiación es tan predecible que algunos han llegado a ser considerados los relojes naturales más precisos del universo. ¿Quién necesita un reloj atómico cuando tienes un púlsar marcando el tiempo con precisión casi perfecta? Esta propiedad no sólo fascina a los astrónomos, sino que ha permitido realizar experimentos de física extrema, desde probar la relatividad hasta detectar las sutiles vibraciones de las ondas gravitacionales.

Representación gráfica de un púlsar (NASA)

Los púlsares no se limitan a emitir simples pulsos: su energía se manifiesta a través de campos magnéticos que pueden ser miles de millones de veces más intensos que el de la Tierra. Esta fuerza titánica acelera partículas a velocidades increíbles, generando radiación en forma de rayos X y ondas de radio. Cada latido se convierte así en una explosión de energía, una sinfonía de magnetismo que desafía nuestra comprensión y nos recuerda lo maravillosamente caótico del Cosmos.

Ciencia y Poesía en cada pulso

Aunque los púlsares son un enigma fascinante para la ciencia, también evocan una sensación poética: no olvidemos que uno de los objetivos de la divulgación científica no es sino recordar que la Naturaleza es la principal fuente de inspiración para el arte humano y que cualquier separación entre ciencia y arte es interesada y equivocada.

En el caso de los púlsares imagina que el universo tuviera un corazón latiendo sin cesar, marcando el paso del tiempo con su inquebrantable ritmo. Esa imagen es precisamente la que nos inspiran estos astros: la persistencia de la vida y la energía en medio de un universo en constante transformación. Son, en cierto modo, testigos silentes de la eternidad, recordándonos que en el caos cósmico siempre hay un orden subyacente; solo nos falta la ilusión por encontrarlo.

Estrellas o Planetas: Cuando la Astronomía no está muy segura.

Bessel, convencido de haber descubierto el
primer exoplaneta en 61 Cygni, ChatGPT

Como ya comentamos en un artículo anterior, Friedrich Bessel anunció en 1838 una de las mediciones más esperadas en la historia de la astronomía: la primera distancia precisa a una estrella, 61 del Cisne. Pero este sistema estelar no dejó de sorprendernos: años más tarde, al analizar su movimiento, Bessel sugirió que 61 del Cisne o 61 Cygni, que ya es una de nuestras estrellas favoritas, podía tener una compañera oscura, un objeto con masa planetaria. Era la primera vez que alguien insinuaba la posibilidad de un exoplaneta… y se equivocaba.

Esta no fue la única confusión entre estrellas y planetas a lo largo de la historia. De hecho, la línea que los separa no siempre ha estado clara. Desde las estrellas errantes de los griegos hasta los objetos subestelares modernos, los astrónomos han pasado siglos preguntándose: ¿qué hace que algo sea una estrella y no un planeta?

Cuando los planetas eran estrellas errantes

Los griegos llamaban planētēs (“errantes”) a los puntos de luz que parecían moverse de forma independiente entre las estrellas. Para ellos, no había una distinción clara entre un planeta y una estrella. Aunque los astrónomos griegos no eran tan tontos como para no ser capaces de medir evidentes regularidades en el movimiento de estos "errantes", ahí está el ejemplo del sistema Ptolemáico, no fue hasta que Copérnico, Galileo y Newton revolucionaron nuestra visión del Cosmos que entendimos que los planetas giraban alrededor del Sol, mientras que las estrellas brillaban por sí mismas.

Pero incluso en tiempos más recientes, la confusión ha persistido. En el siglo XIX, varios astrónomos, como nuestro querido y admirado Bessel, pensaron que ciertas estrellas con movimientos extraños escondían compañeros invisibles, que resultaron ser otras estrellas y no planetas.

Otros casos famosos de confusión

• 61 del Cisne: Como hemos mencionado, el mismísimo Bessel sugirió que tenía una compañera oscura con masa planetaria, pero resultó ser otra estrella enana roja.

• Las "enanas marrones": Durante mucho tiempo, se debatió si eran planetas gigantes o estrellas fallidas. Hoy sabemos que ocupan un punto intermedio, sin fusión estable de hidrógeno, pero suficientemente masivas como para emitir algo de luz procedente de la fusión de deuterio.

• Plutón: Descubierto en 1930, Plutón fue considerado un planeta durante décadas, hasta que se comprendió que era solo el primero de muchos objetos similares, llamados planetas enanos, en el Cinturón de Kuiper. Como diría Neil deGrasse: "Plutón no es un planeta, supéralo"

• Los primeros exoplanetas: Antes de que se confirmara la existencia de los primeros planetas extrasolares en 1992 (Poltergeist y Phobetor orbitando un pulsar) y del primer exoplaneta alrededor de una estrella similar al Sol en 1995 (Dimidio o 51 Pegasi b), hubo muchos candidatos erróneos. Algunos eran estrellas compañeras débiles, otros simples errores de medición.

Perfil del exoplaneta 51 Pegasi, NASA/JPL-Caltech   

Cómo diferenciamos estrellas y planetas hoy

Con telescopios y técnicas modernas, podemos analizar la composición de los astros. Una estrella brilla por la fusión nuclear en su núcleo, mientras que un planeta refleja la luz de una estrella. Pero el límite entre ambos sigue siendo difuso en algunos casos, especialmente con objetos como los “Júpiter calientes”, que emiten más calor del que reciben, o las enanas marrones, demasiado masivas para ser planetas, pero incapaces de sostener la fusión como estrellas.

¿Es una estrealla o un planeta? Gráfico de la ESA 2001

¿Clasificar o aceptar la complejidad del cosmos?

Nos gusta poner etiquetas a lo que observamos, pero la naturaleza rara vez se ajusta a nuestras definiciones estrictas. Entre las estrellas y los planetas hay una continuidad, no un límite claro. Las enanas marrones, los planetas calientes y los objetos subestelares nos recuerdan que el universo no se rige por nuestras categorías, sino por sus propias reglas, a menudo más complejas de lo que esperamos.

En el fondo, cada clasificación es solo una herramienta temporal que usamos para comprender mejor lo que vemos en el cielo. Pero la realidad es que el cosmos sigue siendo un lugar donde las fronteras entre estrellas y planetas, como tantas otras, se desdibujan en una suave e imprecisa variación.