Como fragmentos de cristales rotos atrapados en un foco, las estrellas parecen engañosamente pasivas en el cielo nocturno. Las temperaturas de la superficie estelar pueden alcanzar los 50,000 grados Celsius, más de diez veces más calientes que nuestro Sol, ¡y en algunas pueden alcanzar más de un millón de grados! El calor dentro de una estrella alcanza niveles aún más altos que generalmente exceden varios millones de grados, lo suficiente para desgarrar los núcleos atómicos y transformarlos en nuevos tipos de materia. Nuestras miradas casuales hacia arriba no solo no revelan estas condiciones extremas, sino que solo insinúan la enorme variedad de estrellas que existen. Las estrellas están dispuestas en pares, trillizos y cuartetos. Algunos son más pequeños que la Tierra, mientras que otros son más grandes que todo nuestro sistema solar. Sin embargo, dado que incluso la estrella más cercana está a 26 billones de millas de distancia, casi todo lo que sabemos sobre ellos, incluidos los de la imagen adjunta, se ha obtenido solo de su luz.
Nuestra tecnología, hoy en día, sigue siendo enormemente incapaz de enviar a una persona o un robot incluso a la estrella más cercana dentro de un tiempo de tránsito de ida y vuelta que abarca menos de varios miles de años. Por lo tanto, las estrellas permanecen físicamente inaccesibles ahora y durante muchos años por venir sin un avance sin precedentes en la propulsión espacial. Sin embargo, aunque no es práctico visitar la montaña, ha sido posible estudiar partes de la montaña que nos han enviado en forma de luz de estrellas. Casi todo lo que sabemos sobre las estrellas se basa en una técnica conocida como espectroscopía: el análisis de la luz y otras formas de radiación.
Los inicios de la espectroscopia provienen de Isaac Newton, el matemático y científico inglés del siglo XVII. Newton estaba intrigado por la extraña idea, propuesta por pensadores anteriores como René Descartes, de que la luz blanca contiene todos los colores del arcoíris. En 1666, Newton experimentó con un prisma de vidrio, un pequeño agujero en una de las persianas y la pared blanca de la habitación. Cuando la luz del agujero pasó a través del prisma, se dispersó, como por arte de magia, en una serie de colores ligeramente superpuestos: del rojo al violeta. Él fue el primero en describir esto como un espectro, que es la palabra latina para aparición.
La astronomía no incorporó de inmediato el descubrimiento de Newton. En el siglo XVIII, los astrónomos pensaban que las estrellas eran solo un telón de fondo para el movimiento de los planetas. Parte de esto se basó en la incredulidad generalizada de que la ciencia pudiera entender la verdadera naturaleza física de las estrellas debido a su distancia remota. Sin embargo, todo eso fue cambiado por un óptico alemán llamado Joseph Fraunhofer.
Cinco años después de unirse a una empresa de óptica de Munich, Fraunhofer, que entonces tenía 24 años, se convirtió en socio debido a su habilidad en la fabricación de vidrio, el rectificado de lentes y el diseño. Su búsqueda de lentes ideales utilizados en telescopios y otros instrumentos lo llevó a experimentar con la espectroscopia. En 1814 instaló un telescopio topográfico, montó un prisma entre él y una pequeña rendija de luz solar y luego miró a través del ocular para observar el espectro resultante. Observó una variedad de colores, como había esperado, pero vio algo más: un número casi innumerable de líneas verticales fuertes y débiles que eran más oscuras que el resto de los colores y algunas parecían casi negras. Estas líneas oscuras se volverían más familiares para todos los estudiantes de física como las líneas de absorción de Fraunhofer. Newton no los había visto, posiblemente, porque el agujero utilizado en su experimento era más grande que la ranura del Fraunhofer.
Fascinado por estas líneas y seguro de que no eran artefactos de su instrumento, Fraunhofer los estudió con atención. Con el tiempo mapeó más de 600 líneas (hoy, hay alrededor de 20,000), luego dirigió su atención a la Luna y los planetas más cercanos. Encontró que las líneas eran idénticas y concluyó que esto se debía a que la luna y los planetas reflejaban la luz solar. Luego estudió a Sirius, pero descubrió que el espectro de la estrella tenía un patrón diferente. Cada estrella que observó, a partir de entonces, tenía un conjunto único de líneas verticales oscuras que diferenciaban a cada una de las demás como una huella digital. Durante este proceso, mejoró enormemente un dispositivo conocido como rejilla de difracción que podría usarse en lugar de un prisma. Su rejilla mejorada produjo espectros mucho más detallados que un prisma y le permitió crear mapas de las líneas oscuras.
Fraunhofer probó sus espectroscopios, un término acuñado más tarde, observando la luz de una llama de gas e identificando las líneas espectrales que aparecieron. Sin embargo, estas líneas no eran oscuras, sino brillantes porque eran el resultado de un material que se había calentado hasta la incandescencia. Fraunhofer notó la coincidencia entre las posiciones de un par de líneas oscuras en el espectro solar con un par de líneas brillantes de las llamas de su laboratorio y especuló que las líneas oscuras pueden ser causadas por la ausencia de una luz particular como si el Sol (y el otras estrellas) habían robado sus espectros de estrechas franjas de color.
El misterio de las líneas oscuras no se resolvió hasta alrededor de 1859, cuando Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen realizaron experimentos para identificar materiales químicos por su color cuando se quemaron. Kirchhoff sugirió que Bunsen usara un espectroscopio como el método más claro para hacer una distinción y pronto se hizo evidente que cada elemento químico tenía un espectro único. Por ejemplo, Sodium produjo las líneas detectadas por primera vez por Fraunhofer varios años antes.
Kirchhoff llegó a comprender correctamente las líneas oscuras en los espectros solar y estelar: la luz del Sol o una estrella atraviesa una atmósfera circundante de gases más fríos. Estos gases, como el vapor de sodio, absorben su longitud de onda característica de la luz y producen las líneas oscuras detectadas por primera vez por Fraunhofer a principios de ese siglo. Esto desbloqueó el código de la química cósmica.
Kirchoff luego descifró la composición de la atmósfera solar identificando no solo sodio sino también hierro, calcio, magnesio, níquel y cromo. Unos años más tarde, en 1895, los astrónomos que veían un eclipse solar confirmarían las líneas espectrales de un elemento que aún no se había descubierto en el helio terrestre.
A medida que el trabajo de detective continuó, los astrónomos descubrieron que la radiación que estaban estudiando a través de espectroscopios se extendía más allá de los colores visibles familiares en regiones electromagnéticas que nuestros ojos no pueden percibir. Hoy, gran parte del trabajo que atrae la atención de los astrónomos profesionales no es con las características visuales de los objetos del espacio profundo, sino con la naturaleza de sus espectros. Prácticamente todos los planetas solares adicionales recientemente encontrados, por ejemplo, se han descubierto mediante el análisis de los cambios de espectro estelar que se introducen a medida que orbitan alrededor de su estrella madre.
Los enormes telescopios que salpican el globo en lugares extremadamente remotos rara vez se usan con un ocular y rara vez toman fotografías como la que se incluye en esta discusión. ¡Algunos de estos instrumentos tienen diámetros de espejo de más de 30 pies y otros, aún en etapas de diseño y financiación, pueden tener superficies de recolección de luz que exceden los 100 metros! En general, todos ellos, los que existen y los que están en el tablero de dibujo, están optimizados para reunir y diseccionar la luz que recogen utilizando espectroscopios sofisticados.
Actualmente, muchas de las imágenes más hermosas del espacio profundo, como la que se muestra aquí, son producidas por astrónomos aficionados talentosos que se sienten atraídos por la belleza de los objetos que se desplazan por el espacio profundo. Armados con cámaras digitales sensibles e instrumentos ópticos notablemente precisos pero de tamaño modesto, continúan siendo una fuente de inspiración para las personas de todo el mundo que comparten su pasión.
La colorida imagen en la esquina superior derecha fue producida por Dan Kowal desde su observatorio privado durante agosto de este año. Presenta una escena ubicada en dirección a la constelación del norte Cygnus. Esta compleja masa de hidrógeno molecular y polvo está a unos 4.000 años luz de la Tierra. Gran parte de la luz que se ve en la parte principal de esta nebulosa es generada por la estrella brillante masiva cerca de su centro. Las fotografías de gran angular y larga exposición revelan que la nebulosa es muy extensa, esencialmente un vasto río de polvo interestelar.
Esta imagen fue producida con un refractor apocromático de seis pulgadas y una cámara astronómica de 3.5 mega píxeles. La imagen representa casi 13 horas de exposición.
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Escrito por R. Jay GaBany
