Espectro Electromagnético

Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente. Los rayos X son una radiación ionizante porque al interactuar con la materia produce la ionización de los átomos de la misma, es decir, origina partículas con carga (iones).

La radiación infrarroja, radiación térmica o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 100 micrómetros.¹ La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto).

Los infrarrojos son clasificados, de acuerdo a su longitud de onda, de este modo:

• infrarrojo cercano (de 800 nm a 2500 nm)
• infrarrojo medio (de 2.5 µm a 50 µm)
• infrarrojo lejano (de 50 µm a 1000 µm)

La materia, por su caracterización energética (véase cuerpo negro) emite radiación. En general, la longitud de onda donde un cuerpo emite el máximo de radiación es inversamente proporcional a la temperatura de éste (Ley de Wien). De esta forma la mayoría de los objetos a temperaturas cotidianas tienen su máximo de emisión en el infrarrojo. Los seres vivos, en especial los mamíferos, emiten una gran proporción de radiación en la parte del espectro infrarrojo, debido a su calor corporal.

La potencia emitida en forma de calor por un cuerpo humano, por ejemplo, se puede obtener fácilmente a partir de la superficie de su piel (unos 2 metros cuadrados) y su temperatura corporal (unos 37ºC, es decir 310ºK), por medio de la Ley de Stefan-Boltzmann, y resulta ser de alrededor de 1000 vatios.

Esto está íntimamente relacionado con la llamada "sensación térmica", según la cual podemos sentir frío o calor independientemente de la temperatura ambiental, en función de la radiación que recibimos (por ejemplo del Sol u otros cuerpos calientes más cercanos): Si recibimos más de los 1000 vatios que emitimos, tendremos calor, y si recibimos menos, tendremos frío. En ambos casos la temperatura de nuestro cuerpo es constante (37ºC) y la del aire que nos rodea también. Por lo tanto, la sensación térmica en aire quieto, sólo tiene que ver con la cantidad de radiación (por lo general infrarroja) que recibimos y su balance con la que emitimos constantemente como cuerpos calientes que somos. Si en cambio hay viento, la capa de aire en contacto con nuestra piel puede ser reemplazada por aire a otra temperatura, lo que también altera el equilibrio térmico y modifica la sensación térmica.

A comienzo del siglo XIX, Johannes Ritter descubrió que el Sol, además de luz visible, emite una radiación "invisible" de longitud de onda más corta que el azul y el violeta. Esa banda recibió el nombre de "ultravioleta", dividida en tres subregiones:

• UV-A: Es la continuación de la radiación visible y es la responsable del bronceado de la piel. 
• UV-B: Llega a la Tierra muy atenuada por la capa de ozono. Es llamada también UV biológica. Es una radiación muy peligrosa para la vida en general y en particular para la salud humana, especialmente en caso de exposiciones prolongadas de la piel y los ojos (cáncer de piel, melanoma, catarata, debilitamiento del sistema inmunológico)

Radiación alfa

Consiste en la emisión de partículas alfa (partículas cargadas positivamente compuestas por dos protones y dos neutrones, siendo por tanto equivalentes a un núcleo de helio) por un núcleo atómico. Cuando ocurre esta emisión, la masa del átomo en decaimiento disminuye cuatro unidades y su número atómico disminuye en dos. Son desviadas por campos magnéticos y eléctricos. Son muyionizantes aunque poco penetrantes, la radiación alfa es bloqueada por apenas unos centímetros de aire o finas láminas de algunossólidos.

Radiación beta

Consiste en la emisión de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) que provienen de la desintegración de los neutroneso protones de un núcleo en un estado excitado. Cuando ocurre esta emisión el número atómico aumenta o disminuye en una unidad y la masa atómica se mantiene constante. Esta radiación es desviada por campos magnéticos. Su poder de ionización no es tan elevado como el de la anterior, sin embargo es más penetrante, puede ser bloqueada por finas láminas de muchos sólidos.

Radiación gamma

Consiste en la emisión de ondas electromagnéticas de longitud de onda corta. Es la radiación más penetrante, se necesitan capas muy gruesas de plomo o bario, u hormigón para detenerla o reducir su intensidad.

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que proceden del espacio exterior y que tienen una energía muy elevada debido a su gran velocidad, cercana a la velocidad de la luz. Se descubrieron cuando pudo comprobarse que la conductividad eléctrica de la atmósfera terrestre se debía a la ionización causada por radiaciones de alta energía.

Victor Franz Hess, físico estadounidense de origen austríaco, demostró en el año 1911 que la ionización atmosférica aumenta con la altitud, y concluyó que la radiación debía proceder del espacio exterior. El descubrimiento de que la intensidad de radiación depende de la altitud indica que las partículas que forman la radiación están eléctricamente cargadas y que son desviadas por el campo magnético terrestre. El término «rayos cósmicos» fue acuñado por Millikan quien, contrario a Hess, planteaba que eran de origen extraterrestre, aunque años más tarde Millikan apoyara la teoría de Hess.

ORIGEN DE LOS RAYOS CÓSMICOS

El origen de los rayos cósmicos aún no está claro. Se sabe que el Sol emite rayos cósmicos de baja energía en los periodos en que se producen grandes erupciones solares, pero estos fenómenos estelares no son frecuentes; por lo tanto, no explican el origen de los rayos cósmicos, como tampoco lo explican las erupciones de otras estrellas semejantes al Sol. Las grandes explosiones de supernovas son, al menos, responsables de la aceleración inicial de gran parte de los rayos cósmicos, ya que los restos de dichas explosiones son potentes fuentes de radio, que implican la presencia de electrones de alta energía. En 2007, un grupo de científicos argentinos del Observatorio Pierre Auger realizó un espectacular descubrimiento que inauguró una nueva rama de la astronomía. Este grupo encontró evidencias de que la mayor parte de las partículas de rayos cósmicos proviene de una constelación cercana, Centaurus.¹ Esta constelación en tal caso contiene una galaxia de núcleo activo y su núcleo activo se debe a la presencia de un agujero negro (probablemente supermasivo), al caer la materia a la ergosfera del agujero negro y rotar velozmente, parte de tal materia fuga a enormes velocidades, centrífugamente, en forma de protones y neutrones; al alcanzar la Tierra (u otros planetas con atmósferas lo suficientemente densas) sólo llegan los protones que caen en cascadas de rayos cósmicos tras chocar contra las capas superiores atmosféricas. El descubrimiento observado en Centaurus parece ser extrapolable a todas las galaxias con núcleos activados por agujeros negros.

También se cree que en el espacio interestelar se produce una aceleración adicional como resultado de las ondas de choque procedentes de las supernovas que se propagan hasta allí. No existen pruebas directas de que las supernovas contribuyan de forma significativa a los rayos cósmicos. Sin embargo, se sugiere que las estrellas binarias de rayos X pueden ser fuentes de rayos cósmicos. En esos sistemas, una estrella normal cede masa a su compañera, una estrella de neutrones o un agujero negro.

Los estudios radioastronómicos de otras galaxias muestran que estas también contienen electrones de alta energía. Los centros de algunas galaxias emiten ondas de radio con mucha mayor intensidad que la Vía Láctea, lo que indica que contienen fuentes de partículas de alta energía.