Fundamentos de Fotometría Astronómica

Descripción

La función de la fotometría astronómica es medir el brillo y el color de los astros. Actualmente la tecnología proporciona avanzados recursos (cámaras digitales, sistemas de información y comunicación, programas de tratamiento de datos, prodigiosos telescopios, etc.) que pueden utilizarse para obtener datos de brillo y color de los astros con fines científicos, educativos o divulgativos. La fotometría astronómica es la técnica que se dedica a convertir el amor por el brillo y el color del cosmos en conocimiento íntimo, en datos cristalinos. En este libro el lector encontrará los conceptos y técnicas fundamentales para aplicar la fotometría astronómica; tiene un enfoque realista respecto a la colectividad amateur, ya que utiliza sólo las matemáticas más importantes para que sean fáciles de entender para cualquier persona con formación secundaria. Se trata de un libro ideal para quienes deseen iniciarse en la fotometría astronómica desde las bases mismas, enfocado en proporcionar los elementos necesarios para la adquisición de datos.

VENTAJAS

• Cuenta con recursos didácticos y divulgativos útiles en la enseñanza de la física y las matemáticas.
• Cuenta con una extensa bibliografía para ampliar los conocimientos en determinado tema de interés.
• Contiene un índice alfabético útil para la localización puntual de algún concepto en específico.

CONOZCA

• En qué consisten los cuerpos negros y cómo operan los filtros.
• El efecto producido por la luz de las estrellas al propagarse por el espacio.
• Cómo afecta la distancia a las medidas de las magnitudes estelares.
• De qué manera incide la atmósfera terrestre en la luz estelar.

APRENDA

• A utilizar los instrumentos y técnicas para la medición de la luz estelar.
• A llevar a cabo un procesamiento básico de las imágenes obtenidas.
• A obtener datos fotométricos por medio de la fotometría diferencial.
• Trabajar con diferentes sistemas fotométricos.

DESARROLLE SUS HABILIDADES PARA

• Identificar cómo la turbulencia afecta la luminosidad de las estrellas.
• Elegir el lugar adecuado para la observación y medida de los astros.
• Obtener la medida instrumental que le permita continuar con el resto del proceso de medición.
• Aplicar los métodos y técnicas adecuadas al trabajar con fotometría absoluta.

CONTENIDO

Introducción IX
1. El brillo de las estrellas 1
1.1. Las estrellas emiten luz ………………1
1.2. Recibimos luz de las estrellas ……. 3
1.2.1. Luz del Sol sobre la Tierra ………..3
1.2.2. Luz estelar sobre la Tierra ……….4
1.2.3. Cantando bajo la lluvia de fotones …………………………………5
1.3. Espectros …………………………………….. 8
1.3.1. Cuerpos negros de todos los colores …………………………………8
1.3.2. Por ahí vienen unos tipos muy espectrales …………………….10
1.4. Filtros …………………………………………. 13
1.4.1. La curva de trasmisión ………….. 14
1.4.2. Por el centro y por las bandas …………………….15
1.4.3. Tipos de filtros ………………………..16
1.4.4. El problema fundamental de la fotometría astronómica .. 16
2. La medida del brillo en astronomía 19
2.1. Dos mil años mirando al cielo …..19
2.2. La magnitud se hace cuantitativa ………………………………… 20
2.2.1. Lo puso Pogson …………………….. 21
2.2.2. Logaritmos por aquí, logaritmos por allá… ………………22
2.2.3. La ecuación fundamental ………24
2.2.4. Baile al compás de 5/2 …………..29
2.2.5. Compañía extravagante: de la acústica a la química ……. 32
2.3. La sensibilidad espectral del ojo humano y el filtro V ………33
2.4. Un mundo de color ………………….35
3. Luz y color en el espacio 39
3.1. Luz y distancia: magnitudes absolutas y módulos de distancia ……………………………….39
3.1.1. Dilución de magnitudes …………39
3.1.2. La unidad astronómica y el pársec ……………………………….40
3.1.3. La magnitud absoluta y el módulo de distancia ……….42
3.1.4. Ejemplos ………………………………….44
3.1.5. Fotometría en tiempos de luz ……………………………………… 47
3.1.6. El Sistema Solar en absoluto …………………………….48
3.2. Absorción: la extinción interestelar ……………………………….. 49
3.2.1. La edad dorada ………………………49
3.2.2. Medio interestelar y fotometría …………………………….50
3.2.3. Encuentros con Balmer en la escalera: emisión y absorción en líneas ……………..54
3.3. Desplazamientos al rojo y al azul ………………………………………58
3.3.1. El efecto Doppler ……………………59
3.3.2. Desplazamiento al rojo cosmológico ……………………………60
3.3.3. Tu atracción me ruboriza ……… 61
4. Luz y color en la atmósfera 63
4.1. La atmósfera terrestre y la luz estelar: refracción ……….. 64
4.2. La atmósfera terrestre y la luz estelar: extinción ………….66
4.2.1. Extinción en una atmósfera plano-paralela: masa de aire ..67
4.2.2. Duelo de titanes: exponenciales frente a logaritmos …………………………… 69
4.3. Turbulencia: centelleo y borrosidad ………………………………73
4.3.1. Centelleo …………………………………73
4.3.2. Borrosidad o seeing ……………….. 74
4.4. Un buen lugar de observación ………………………… 77
5. Los detectores 79
5.1. Cámaras CCD: principios básicos ………………………80
5.1.1. Efecto fotoeléctrico ……………….. 81
5.1.2. La imagen latente y su lectura ……………………………..83
5.1.3. Capacidad del píxel y linealidad ……………………………..84
5.1.4. Conversión analógica a digital: ganancia y ruido de lectura ………………………………..85
5.1.5. ¿De cuántos bits es tu cámara?: el rango dinámico ………………….85
5.1.6. Polarización electrónica o bias ………………………………………. 86
5.1.7. Astronomía en un campo de olivos: la corriente de oscuridad ……………………………….. 87
5.1.8. ¡Anda, los dónuts!: uniformidad del detector ………88
5.1.9. Stranger things: rayos, píxeles malvados y obturadores ……….89
5.2. Tratamiento básico de las imágenes ……………………….91
5.2.1. Sustracción de la polarización electrónica ……………………………… 91
5.2.2. Sustracción de la corriente de oscuridad ………………………….. 93
5.2.3. Aplanamiento del campo ………94
5.2.4. Corrección de las imágenes científicas ………………………………..97
5.3. La medida instrumental y la relación señal-ruido ………….. 98
5.3.1. Midiendo bajo la lluvia: estadística de Poisson …………..99
5.3.2. Ruidos no poissonianos ………101
5.3.3. La paradoja de la medida perfecta ………………………………… 101
5.3.4. Relación señal-ruido …………….102
5.3.5. Ponte a régimen (de fotones) …………………………..105
5.4. La escala de la imagen y el tamaño del píxel: muestreo espacial ………………….107
6. Fotometría básica 111
6.1. La medida elemental …………….. 111
6.1.1. ¿Dónde está la estrella? ……….112
6.1.2. Cuadratura de círculos ……….. 113
6.1.3. Una corona para tener buen fondo ………………………….. 116
6.1.4. La incertidumbre de la medida instrumental …………… 118
6.2. Fotometría diferencial con CCD …………………………………..120
6.2.1. La fotometría diferencial …….. 120
6.2.2. Consideraciones sobre la abertura sintética ……………..124
6.2.3. Hasta el infinito y más allá ………………………………132
6.2.4. Manos a la obra: costumbres y consejos ………..134
6.2.5. El catálogo y la medida: incertidumbres internas y externas …………………………….. 139
6.3. Ejemplos prácticos …………………140
6.3.1. Curvas de luz de estrellas variables ………………………………..140
6.3.2. Novas y supernovas …………….. 145
6.3.3. Rotación de asteroides ………..150
6.3.4. Fotometría a la deriva: ocultación de estrellas por asteroides ………………………152
6.3.5. Precisión diferencial extrema: tránsitos de exoplanetas ……..154
7. Fotometría avanzada 157
7.1. Sistemas fotométricos …………..157
7.1.1. Los filtros del sistema fotométrico …………………………..157
7.1.2. El catálogo fotométrico ……….. 159
7.1.3. El punto cero ………………………..160
7.2. Tres sistemas fotométricos …..161
7.2.1. El sistema UBVRI de Johnson-Cousins …………….. 161
7.2.2. El sistema ugriz de Sloan …….. 166
7.2.3. El sistema uvby de Strömgren ………………………. 169
7.2.4. Catálogos para estos tres sistemas …………………………170
7.3. Fotometría absoluta ……………… 172
7.3.1. Fotometría absoluta elemental ……………………………… 173
7.3.2. Modelos completos para fotometría absoluta de banda ancha …………………… 176
7.3.3. Posibles refinamientos adicionales ……………………………181
7.3.4. Modelos para fotometría de banda intermedia y estrecha ……………………………..183
7.3.5. Manos a la obra: costumbres y consejos ………..184
7.4. Fotometría de objetos extensos ………………………………… 187
7.4.1. Magnitudes por segundo de arco cuadrado …………………187
7.4.2. Medidas superficiales en la práctica ………………………..189
7.4.3. Medidas de contaminación lumínica ………………………………… 191
7.5. Un par de ejemplos prácticos ………………………………… 193
7.5.1. Modelo elemental: brillo del cielo en la banda V ……………………………..194
7.5.2. Modelo completo en banda ancha: diagrama color-magnitud de un cúmulo galáctico ……… 196
Bibliografía 199
Índice alfabético 203