¿Cuántas puntas tienen las estrellas? Puede parecer la típica pregunta de un alumno de primaria, pero la respuesta tiene que ver con la física que dicta el comportamiento de los haces de luz, y que ha guiado la toma de decisiones de las dos generaciones de ingenieros que construyeron los telescopios espaciales más famosos del mundo.
Contar el número de puntas de las estrellas es la forma más sencilla de distinguir las fotografías tomadas por el James Webb Space Telescope (JWST) y las del Hubble. Mientras que el primero muestra estrellas de seis puntas (ocho si tenemos en cuenta otras dos puntas menos marcadas en el plano horizontal), mientras que las estrellas del Hubble tienen cuatro puntas en forma de cruz.
Las puntas de las estrellas son efecto del hecho de que la luz se comporte como una onda. Su nombre técnico es picos de difracción. La difracción se asocia principalmente a las desviaciones que sufren sus ondas cuando pasan por una ranura. Cuando las ondas de luz pasan por una abertura, especialmente si esta es estrecha en términos relativos con la longitud de su onda, el movimiento de la luz cambia. El famoso experimento de la doble ranura se basa en este principio.
El paso a través de rendijas no es lo único que puede desviar la luz. Por ejemplo, introducir objetos como hilos en la trayectoria de los haces de luz puede generar también difracción. El físico del National Physical Laboratory, Michael de Podesta lo muestra (en inglés) de manera práctica utilizando un láser como fuente de luz y un fino hilo.
Si nos fijamos, en las imágenes del JWST las estrellas que nos muestra aparecen no con seis sino con ocho puntas. Sin embargo en la mayoría de las fotos del telescopio en las que estos artefactos son visibles, seis de estas puntas, en configuración regular, son las que predominan (a veces las únicas visibles).
El motivo de estos picos de difracción está en la forma de los elementos que componen el espejo principal del telescopio, las cuales tienen forma de hexágono regular. Los vértices de este hexágono son los que generan el patrón de seis puntas visible en las fotos. El motivo está en cómo la luz interactúa con estos vértices, sufriendo este cambio en su movimiento natural.
El espejo primario del Hubble no es hexagonal, sino que tiene forma de disco, circular y con un hueco en el centro por donde la luz pasa al sensor de imagen. El patrón de difracción asociado a este espejo no genera picos sino círculos concéntricos cada vez más difusos.
Efecto de los espejos primarios en los picos de difracción. NASA.
¿Entonces qué causa los picos de difracción del Hubble? El culpable aquí no es el espejo primario sino el secundario. Más o menos. En realidad el segundo responsable no es el espejo secundario sino los soportes en los que va montado. En el caso del Hubble, el espejo se une al resto del telescopio a través de cuatro soportes en forma de cruz. Estos soportes actúan como el hilo que utilizaba De Podesta en su experimento.
En el Webb esto también ocurre, el espejo secundario del Webb está montado sobre tres barras. Estas barras son responsables de seis picos adicionales y es que los picos de difracción siempre son dobles, aunque esto solo se aprecia cuando hay un número impar de elementos causándolos. Esto es debido a que los “picos” son en realidad líneas horizontales que van difuminándose conforme se alejan del foco de luz que las causa.
Pero hemos dicho que hay doce picos de difracción (seis por los espejos y otros seis por el soporte), ¿por qué sólo vemos ocho? El motivo es que as barras están colocadas en un ángulo tal que cuatro de estos seis picos causados por las barras coinciden con los picos causados por los espejos. Así, tenemos las curiosas estrellas de ocho puntas (o seis) que se han convertido en características del Webb.
Efecto combinado del espejo primario y las barras que sujetan el espejo secundario en el JWST. NASA.
Estas puntas de estrella también aparecen muy a menudo en las fotografías nocturnas, especialmente en las realizadas con cámaras profesionales o semiprofesionales de lentes intercambiables. Estos artefactos aparecen por culpa del hecho de que el iris de los objetivos está compuesto de un número de hojas que puede variar, generalmente entre seis y 20.
El número de puntas también estará relacionado con la configuración de las hojas del iris. Como con los soportes de los espejos secundarios cada una de las palas generará dos picos de difracción, la mitad de las cuales se anulará cuando haya un número par de estas hojas.
Un número alto de hojas en el iris de un objetivo puede hacer que las zonas desenfocadas de la imagen queden más "redondeadas", es decir, que el efecto llamado bokeh, resulte agradable a la vista. Sin embargo, aumentar el número de hojas o utilizar un número impar de hojas creará un mayor número de picos de difracción en las imágenes nocturnas con fuentes concretas de luz.
Imágenes | NASA
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