El laboratorio de los astrónomos (primera parte)

Siempre que uno piensa en ¿Dónde trabaja un científico?, ¿Qué es lo primero que uno se imagina?... Exactamente, en un laboratorio. Los laboratorios que uno se imagina son los de química o los de biología, donde se tienen probetas, sustancias químicas, minerales, microscopios y montones de artilugios que se usan para hacer ciencia. Explicaré brevemente cómo se hace ciencia a pequeña escala: observamos "algo", tomamos un poco de ese "algo" y lo analizamos en el laboratorio. A partir de ahí, sabemos de qué está compuesto ese algo, su morfología, su química, su tiempo de vida, cuándo nació, etc.

Pero... claramente este blog se llama "Un Astrónomo Cartagenero". Como astrónomo, les puedo asegurar que tenemos la misma capacidad para analizar de qué están hechas las estrellas, su composición química, su morfología, etc. La gran pregunta aquí es ¡¿Cómo?! Si es prácticamente imposible (aún) para la raza humana llegar a una estrella (por ejemplo, ir al sol), tomar un poco de esa estrella y analizarlo en el laboratorio. La respuesta a eso es que NO ES NECESARIO IR. Solo necesitamos una cosa que las estrellas ya nos están entregando, y eso es LUZ.

Espectroscopia

La teoría central de la espectroscopia es que la luz está formada por diferentes longitudes de onda y que cada longitud de onda corresponde a una frecuencia diferente. La importancia de la espectroscopia se centra en el hecho de que cada elemento en la tabla periódica tiene un espectro de luz único descrito por las frecuencias de luz que emite o absorbe. Estas frecuencias aparecen consistentemente en la misma parte del espectro electromagnético cuando esa luz es difractada [1].

Ilustración del experimento[1]

El desarrollo del estudio de la espectroscopia se debe a los experimentos de óptica realizados por Isaac Newton (1666-1672). Desde la antigüedad, los filósofos naturales habían especulado sobre la naturaleza de la luz, y su comprensión moderna comenzó con el experimento del prisma. En 1672, en el primer artículo que envió a la Royal Society, Isaac Newton describió un experimento en el que permitió que la luz del sol pasara a través de un pequeño orificio y luego a través de un prisma. Newton descubrió que la luz del sol, que nos parece blanca, en realidad está formada por una mezcla de todos los colores del arcoíris [1].

Teniendo en cuenta la teoría sobre cómo se separa la luz y cómo identificar los elementos, se empezó a desarrollar una herramienta sofisticada que gracias a ella los astrónomos tenemos certeza sobre los elementos que componen las estrellas.

Espectroscopio

Aunque se habían realizado notables contribuciones en este campo anteriormente, podemos considerar que la espectroscopia moderna parte de los trabajos desarrollados en 1859 por Robert Wilhelm Eberhard Bunsen (1811-1899) y Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), profesores de química y física en la Universidad alemana de Heidelberg, respectivamente. Kirchhoff estaba interesado en los problemas de la óptica, mientras que Bunsen había trabajado anteriormente en análisis cualitativos de elementos basados en el color de la llama (en 1857, Bunsen construyó un mechero de gas que producía una llama sin humo y que podía ser fácilmente regulada) [2].

Espectros elementales, solares y estelares [1]

Después de un laborioso trabajo para obtener muestras puras de los elementos conocidos, habían demostrado que las líneas oscuras en el espectro solar correspondían con las líneas brillantes en los espectros de algunos gases conocidos. Estas líneas específicas correspondían a elementos químicos únicos presentes en la atmósfera del Sol. Cada elemento emitía y absorbía luz a ciertas frecuencias fijas que lo caracterizaban. Kirchhoff dedujo que las líneas oscuras en el espectro solar eran causadas por la absorción de elementos químicos en la atmósfera solar. De esta manera, se comprobó que los elementos químicos presentes en el Sol y en las estrellas también se encontraban en la Tierra, lo que evidenciaba que la materia de los objetos celestes era la misma que la de la Tierra. Este descubrimiento también condujo a un nuevo método de análisis indirecto, que permitía conocer la composición química de las estrellas lejanas y clasificarlas [1].

Estos estudios nos hicieron comprender que, con solo tener la luz de cualquier objeto estelar en nuestro cielo, podemos separar sus líneas y clasificarlos de manera más específica para su estudio.

Líneas espectrales continuas [4]

Aunque las imágenes que he mostrado son interesantes, los instrumentos modernos que usamos e incluso los análisis que se realizan en la actualidad son mucho más sencillos y proporcionan mejor información. Por ejemplo, al analizar el espectro de un objeto estelar, podemos verlo como una especie de línea continua y observar que esas líneas presentan picos y valles. Los picos altos indican que dicho objeto está emitiendo un elemento específico a esa longitud de onda, mientras que los valles o picos bajos indican que se está absorbiendo un elemento específico a esa longitud de onda.

Para no volver este tema muy denso, dejaremos algunas aplicaciones adicionales de la espectroscopia para una segunda parte, debido a la cantidad de aplicaciones que posee. Recordemos que si hay algo que la historia de la ciencia, mejor dicho, la historia de la humanidad nos ha demostrado, es que siempre seremos capaces de crear herramientas para nuestro beneficio y mejora en el trabajo. ¿Quién diría que algo tan sencillo como un haz de luz contendría tanta información? Es casi poético cómo incluso la misma naturaleza de las estrellas, que es brillar en los cielos, sea suficiente para conocer la información que tenemos en la actualidad, la que podremos obtener en un futuro lejano y tal vez aquella que nunca lleguemos a conocer en el final de nuestros tiempos.