¿De qué están hechas las estrellas?

Uno de mis primeros recuerdos infantiles está relacionado con las estrellas. En vacaciones, nos desplazábamos en coche utilizando las horas nocturnas para evitar los calores que recalentaban el 850 de mis padres hasta el punto de tener que llevar la calefacción “a tope” para que no se quemara el motor. Ese serio inconveniente que nos impedía viajar de día, me permite ahora, de mayor, recordar como me colocaba tumbado en el asiento trasero, con la cabeza apoyada en el bulto que marcaba el lugar donde estaban las ruedas traseras, mirando las estrellas, viendo como giraban con cada curva, desaparecían y volvían a aparecer en la siguiente curva a contrasentido.

En aquella época era demasiado joven para preguntarme qué era una estrella o de qué estaban hechas. Pero años más tarde, cuando leí en un libro que los científicos conocían la composición de algo que está tan lejos que no se puede ni tocar, pensé que quería ser uno de esos científicos y saber, no sólo de qué están hechas las estrellas, sino cómo demonios es posible saberlo desde decenas, cientos, miles de años-luz de distancia. Nadie me explicó de manera explícita en la Universidad cómo demonios era posible saberlo. Tampoco hacía falta. Era deducible tras aprender ciertas lecciones de física elemental.

Como casi todo lo fundamental en ciencia esto también se lo debemos a Newton. En el caso que hoy nos ocupa, se lo debemos a su obsesión por la luz. Tremenda obsesión. Tan era así, que en más de una ocasión se dedicó a la peligrosa tarea de mirar el reflejo del Sol en un espejo. El propio Newton nos dejó estas notas de su puño y letra: «...en pocas horas había dejado mis ojos en tal estado que no podía mirar con ningún ojo ningún objeto brillante sin ver el Sol delante de mí, de modo que no me atreví a leer ni a escribir, sino que a fin de recuperar el uso de mis ojos me encerré en mi habitación después de oscurecerla, tres días seguidos y utilicé todos los medios para distraer mi imaginación. Porque si pensaba en él al momento veía su imagen aunque estuviera a oscuras».

Pero mirar al Sol directamente no nos dice nada acerca de su composición. Lo mismo ocurre con el resto de las estrellas, aunque éstas sean más agradables de ver si queremos hacerlo directamente. No. Para poder saber de qué está hecha una estrella tenemos que empezar por otro experimento que realizó Newton en su casa; esta vez, menos doloroso para sus ojos. Hizo pasar la luz solar que entraba por una rendija de su habitación a oscuras a través de un prisma de cristal, comprobando que la luz blanca ordinaria se componía, en realidad, de muchos colores. Los diferentes colores se desvían con ángulos distintos al atravesar el prisma, y de este modo pueden proyectarse sobre una superficie al otro lado del prisma. Nacía así, sin saberlo nadie, la espectroscopía.

En 1814, el óptico alemán Joseph von Fraunhofer (1787-1826) realizó un descubrimiento muy interesante para nosotros y nuestro interés por saber de qué están hechas las estrellas. Fraunhofer se dedicaba a construir prismas de vidrio fino. Para comprobar la calidad de sus productos analizaba el espectro que producían estos prismas al hacer pasar un rayo de luz solar a través de una ranura fina antes de que el rayo atravesara el prisma. Como bien nos enseñó Newton y os conté más arriba, la luz blanca se descomponía entonces en cada uno de los colores dando un espectro continuo similar al del arco iris. Para los oyentes más avanzados, esto se debe a que cada longitud de onda se refracta en un ángulo característico, por lo que al proyectarse sobre una pared, los colores (de longitud de onda distinta cada uno) se separan, generando un arcoíris.

Sin embargo, Fraunhofer observó un curioso detalle al tratar de construir prismas cada vez más perfectos: el espectro en forma de arcoíris no era continuo del todo porque algunas de las longitudes de onda no estaban presentes en la luz solar. Esas ausencias se manifestaban como líneas oscuras en el espectro que provenía del Sol. Fraunhofer observó cientos de líneas, aunque en honor a la verdad, el primero en observarlas fue el químico inglés William Hyde Wollaston (1766-1828), pero Fraunhofer fue el primero en estudiarlas en detalle y en localizar cada una de esas líneas en su posición exacta en el espectro. Es por este motivo por el que estas líneas oscuras se conocen como líneas de Fraunhofer.

¿Y bien? Hasta ahora mucha ciencia y pocas pistas de cómo saber de qué están hechas las estrellas, ¿verdad? No desesperéis. Si hubierais vivido en el siglo XIX lo hubierais pasado mal, porque hicieron falta algunos años más para saberlo. En concreto, hubo que esperar hasta 1859, año en el que físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) y su colaborador, el también químico alemán Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) hicieron un experimento genial: calentaron diversos vapores en su laboratorio con una llama que era prácticamente incolora. Los vapores calentados produjeron un espectro de emisión: es decir, líneas brillantes contra un fondo oscuro. Comprobaron, además, que las líneas brillantes dependían de los elementos presentes en el vapor: cada elemento químico dejaba una línea en concreto. Comprendieron, entonces, que analizando las líneas de emisión de un espectro podían saber que elemento en concreto lo había generado. Genial, ¿no creéis?

Pero aún hay más: ¿recordáis las líneas negras de Fraunhofer? Son líneas de absorción. Es decir, que si hay un elemento en el camino entre la luz y nosotros, ese elemento absorberá parte de la luz, cada elemento siempre la misma longitud de onda, por lo que podremos saber qué elementos están absorbiendo luz y, por tanto, que elementos se encuentran entre una estrella y nosotros. Por ejemplo, los átomos de la atmósfera de la estrella. Pero mucho más: si conocemos la luz que nos llega de una estrella y resulta que un exoplaneta cruza entre la estrella y nosotros, la luz de la estrella atravesará la atmósfera del planeta. Nuestra tecnología actual nos permite poder diferenciar entre la luz que ha atravesado la atmósfera del planeta y la luz que nos llega de la estrella. De este modo, analizando las líneas de absorción del espectro de la luz de la estrella podremos saber de qué elementos está compuesta la atmósfera del planeta. De las líneas de emisión de la luz de la estrella podremos deducir de qué elementos está compuesta la estrella.

A modo de resumen, los espectros de emisión y de absorción son como las huellas dactilares de un elemento químico. Kirchoff verificó que las longitudes de onda absorbidas por un vapor frío eran exactamente las mismas que las emitidas por el mismo vapor cuando estaba incandescente. Por tanto, si en un espectro de emisión aparece una línea brillante en concreto, podemos saber qué elemento químico está incandescente. A su vez, si un elemento químico se encuentra entre una fuente de luz pura y nosotros, podemos saber de que compuesto se trata únicamente con analizar el espectro de absorción: es decir, la línea del espectro que nos falta.

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