Jansky

Unidad de densidad de flujo espectral

El jansky (símbolo Jy , plural janskys ) es una unidad no perteneciente al SI de densidad de flujo espectral , ^[1] o irradiancia espectral , utilizada especialmente en radioastronomía . Equivale a 10 ⁻²⁶ vatios por metro cuadrado por hercio .

La densidad de flujo espectral o flujo monocromático , S , de una fuente es la integral de la radiancia espectral, B , sobre el ángulo sólido de la fuente : $${\displaystyle S=\iint \limits _{\text{source}}B(\theta ,\phi )\,\mathrm {d} \Omega .}$$

La unidad lleva el nombre del pionero radioastrónomo estadounidense Karl Guthe Jansky y se define como

• ${\displaystyle 1~\mathrm {Jy} =10^{-26}~\mathrm {W} {\cdot }\mathrm {m^{-2}} {\cdot }\mathrm {Hz^{-1}} }$( SI ) ^[2]
• ${\displaystyle 1~\mathrm {Jy} =10^{-23}~\mathrm {erg} {\cdot }\mathrm {s^{-1}} {\cdot }\mathrm {cm^{-2}} {\cdot }\mathrm {Hz^{-1}} }$( CGS ).

Dado que el jansky se obtiene integrando todo el ángulo sólido de la fuente, se utiliza de manera más sencilla para describir fuentes puntuales; por ejemplo, el Tercer Catálogo de Fuentes de Radio de Cambridge (3C) informa los resultados en janskys.

• Para fuentes extendidas, el brillo de la superficie a menudo se describe con unidades de janskys por ángulo sólido; por ejemplo, los mapas de infrarrojo lejano (FIR) del satélite IRAS están en megajanskys por estereorradián (MJy⋅sr ⁻¹ ).
• Aunque las fuentes extendidas en todas las longitudes de onda se pueden reportar con estas unidades, para los mapas de radiofrecuencia, las fuentes extendidas se han descrito tradicionalmente en términos de una temperatura de brillo ; por ejemplo, el estudio del continuo de todo el cielo de 408 MHz de Haslam et al. se informa en términos de una temperatura de brillo en kelvin . ^[3]

Conversiones de unidades

Las unidades Jansky no son una unidad estándar del SI, por lo que puede ser necesario convertir las mediciones realizadas en la unidad al equivalente del SI en términos de vatios por metro cuadrado por hercio (W·m ⁻² ·Hz ⁻¹ ). Sin embargo, son posibles otras conversiones de unidades con respecto a la medición de esta unidad.

Magnitud AB

La densidad de flujo en Janskys se puede convertir a una base de magnitud, para realizar suposiciones adecuadas sobre el espectro. Por ejemplo, convertir una magnitud AB a una densidad de flujo en microjanskys es sencillo: ^[4] $${\displaystyle S_{v}~[\mathrm {\mu } {\text{Jy}}]=10^{6}\cdot 10^{23}\cdot 10^{-{\tfrac {{\text{AB}}+48.6}{2.5}}}=10^{\tfrac {23.9-{\text{AB}}}{2.5}}.}$$

dBW·m-2·Hz-1

La densidad de flujo lineal en janskys se puede convertir a una base de decibelios , adecuada para su uso en campos de telecomunicaciones e ingeniería de radio.

1 jansky es igual a −260  dBW ·m ⁻² ·Hz ⁻¹ , o −230  dBm ·m ⁻² ·Hz ⁻¹ : ^[5] $${\displaystyle {\begin{aligned}P_{{\text{dBW}}\cdot {\text{m}}^{-2}\cdot {\text{Hz}}^{-1}}&=10\log _{10}\left(P_{\text{Jy}}\right)-260,\\P_{{\text{dBm}}\cdot {\text{m}}^{-2}\cdot {\text{Hz}}^{-1}}&=10\log _{10}\left(P_{\text{Jy}}\right)-230.\end{aligned}}}$$

Unidades de temperatura

La radiancia espectral en janskys por estereorradián se puede convertir en una temperatura de brillo , útil en radioastronomía y microondas.

Comenzando con la ley de Planck , vemos que esto se puede resolver para la temperatura, dando En el régimen de baja frecuencia y alta temperatura, cuando , podemos usar la expresión asintótica : $${\displaystyle B_{\nu }={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{h\nu /kT}-1}}.}$$ $${\displaystyle T={\frac {h\nu }{k\ln \left(1+{\frac {2h\nu ^{3}}{B_{\nu }c^{2}}}\right)}}.}$$ ${\displaystyle h\nu \ll kT}$ $${\displaystyle T\sim {\frac {h\nu }{k}}\left({\frac {B_{\nu }c^{2}}{2h\nu ^{3}}}+{\frac {1}{2}}\right).}$$

Una forma menos precisa es la que se puede derivar de la ley de Rayleigh-Jeans $${\displaystyle T_{b}={\frac {B_{\nu }c^{2}}{2k\nu ^{2}}},}$$ $${\displaystyle B_{\nu }={\frac {2\nu ^{2}kT}{c^{2}}}.}$$

Uso

El flujo al que se refiere jansky puede ser cualquier forma de energía radiante .

Fue creado y todavía se utiliza con mayor frecuencia en referencia a la energía electromagnética, especialmente en el contexto de la radioastronomía.

Las fuentes de radio astronómicas más brillantes tienen densidades de flujo del orden de 1 a 100 janskys. Por ejemplo, el Tercer Catálogo de Fuentes de Radio de Cambridge enumera entre 300 y 400 fuentes de radio en el hemisferio norte más brillantes que 9 Jy a 159 MHz. Este rango hace que el jansky sea una unidad adecuada para la radioastronomía .

Las ondas gravitacionales también transportan energía, por lo que su densidad de flujo también se puede expresar en términos de Janskys. Se espera que las señales típicas en la Tierra sean de 10 ²⁰  Jy o más. ^[6] Sin embargo, debido al mal acoplamiento de las ondas gravitacionales con la materia, dichas señales son difíciles de detectar.

Al medir emisiones de banda ancha continua, donde la energía se distribuye de manera aproximadamente uniforme a lo largo del ancho de banda del detector , la señal detectada aumentará en proporción al ancho de banda del detector (a diferencia de las señales con un ancho de banda más estrecho que el paso de banda del detector). Para calcular la densidad de flujo en janskys, la potencia total detectada (en vatios) se divide por el área de recolección del receptor (en metros cuadrados) y luego se divide por el ancho de banda del detector (en hercios). La densidad de flujo de las fuentes astronómicas es muchos órdenes de magnitud inferior a 1 W·m ⁻² ·Hz ⁻¹ , por lo que el resultado se multiplica por 10 ²⁶ para obtener una unidad más apropiada para los fenómenos astrofísicos naturales. ^[7]

En la literatura astronómica más antigua, a veces se hacía referencia al milijansky, mJy, como unidad de miliflujo (mfu). ^[8]

Órdenes de magnitud

Nota: A menos que se indique lo contrario, todos los valores se observan desde la superficie de la Tierra. ^[10]

Referencias

1. "Unión Astronómica Internacional | UAI". www.iau.org .
2. Burke, Bernard F.; Graham-Smith, Francis (2009). Introducción a la radioastronomía (3.ª ed.). Cambridge University Press . pág. 9. ISBN 978-0-521-87808-1.
3. Haslam, CGT (1 de marzo de 1985). "El estudio continuo de todo el cielo de 408 MHz". Boletín de información del Centre de Donnees Stellaires . 28 : 49. Código bibliográfico : 1985BICDS..28...49H. ISSN  1169-8837.
4. Fukugita, M.; Shimasaku, K.; Ichikawa, T. (1995). "Colores de galaxias en varios sistemas de bandas fotométricas". Publicaciones de la Sociedad Astronómica del Pacífico . 107 : 945–958. Bibcode :1995PASP..107..945F. doi : 10.1086/133643 .
5. "Copia archivada". Archivado desde el original el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 24 de agosto de 2013 .{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
6. Sathyaprakash, BS; Schutz, Bernard F. (4 de marzo de 2009). "Física, astrofísica y cosmología con ondas gravitacionales". Living Reviews in Relativity . 12 (1): 2. arXiv : 0903.0338 . Bibcode :2009LRR....12....2S. doi : 10.12942/lrr-2009-2 . PMC 5255530 . PMID  28163611. 
7. Ask SETI (4 de diciembre de 2004). «Investigación: Entendiendo el Jansky». Liga SETI . Consultado el 13 de junio de 2007 .
8. Ross, HN (1975). "Estructura de fuente de radio variable en una escala de varios minutos de arco". The Astrophysical Journal . 200 : 790. Bibcode :1975ApJ...200..790R. doi : 10.1086/153851 .
9. "Datos". iucaf.org . Consultado el 14 de noviembre de 2019 .
10. Kraus, John Daniel (1986). Radioastronomía. Cygnus-Quasar Books. Tabla: Espectro de radio de fuentes astronómicas. ISBN 1882484002Archivado desde el original el 16 de mayo de 2013 . Consultado el 24 de agosto de 2013 .