En la década de 1660, un brote de peste bubónica asoló Inglaterra y obligó a sus ciudadanos a aislarse para evitar los contagios. Entre ellos se encontraba un joven de 22 años llamado Isaac Newton. En 1665 abandonó la Universidad de Cambridge y se recluyó en su casa de campo. Fue allí donde tuvo lugar uno de los frenesís creativos más locos de la historia de la ciencia, un periodo que hoy conocemos como “el año maravilloso de Newton”.
La leyenda de este año está adornada, sin duda, por las exageraciones que acompañan a los relatos cuando viajan a través de los siglos. Para empezar, porque el año maravilloso no duró, precisamente, “un año”. Pero, además, porque parece que el propio Newton contribuyó a inflar, de manera interesada, lo prodigioso de su productividad durante todo este periodo. De un modo u otro, sabemos que fue en esta época cuando el genio inglés comenzó a explorar con sus primeras teorías ópticas, y cuando diseñó el experimento del arcoíris por el que hoy le recordamos. Newton utilizó un prisma para dividir un rayo de luz blanca en sus distintos colores. Por si fuese poco, demostró también que todos estos colores podían volver a sumarse en un único haz, restituyendo así el tono blanco original. Los colores, por tanto, no procedían del cristal, ni eran una ilusión generada por el experimento: aquellos eran los ingredientes que formaban la luz del sol.
Cada rayo que llega a nuestros ojos contiene información más allá de aquella que nosotros percibimos. Es un mensaje encerrado en una botella, que durante siglos no supimos leer. Nuestro ojo pondera las frecuencias y crea una sensación unificada, que en cada punto identificamos con un único color. Pero ese color es, en la mayoría de los casos, una suma, un agregado de frecuencias, del que podemos extraer muchísima información. Gracias al prisma de Newton y a otras herramientas ópticas que vendrían después es posible destejer la luz y analizar sus distintos componentes en lo que se conoce como el espectro electromagnético. Este es el mensaje que encerraba la luz de las estrellas para los astrónomos. Cada receta de colores nos indica qué frecuencias componen la luz, en qué proporción, y conforma una verdadera “factura” capaz de desvelarnos su historia.
Pero volvamos al náufrago de nuestra analogía. Al abrir las botellas de su playa, acaba de acceder a un montón de datos nuevos. Ahora tiene ante sí una enorme cantidad de papeles llenos de números y cuentas pendientes, el tipo de correspondencia que uno preferiría no tener que leer. Pero esos números describen en detalle las transacciones económicas de los distintos países que desea conocer, así que el náufrago se dispone a estudiarlos meticulosamente. Como, además de curioso, es un tipo muy metódico, después de unas cuantas facturas acaba encontrando ciertos patrones que se repiten. Para empezar, descubre que las transacciones se encuentran “cuantizadas”. En todas las facturas, encuentra una serie de valores discretos, indivisibles, que representan las monedas propias de cada país: la base de su economía.
El espectro electromagnético de las estrellas es parecido en ese sentido. Si uno mira la recetas de colores de la luz con atención, puede observar ciertas líneas oscuras que se repiten a distancias discretas, bien definidas. Aunque, en un primer momento, los astrofísicos no podían saber qué causaba estas grietas en el arcoíris que conforma la luz de las estrellas, terminaron encontrando patrones parecidos en la luz emitida por distintos gases aquí en la Tierra. Así dedujeron que el universo debía estar compuesto por los mismos elementos químicos que se encuentran en nuestro planeta. Es difícil sobreestimar la importancia que tuvo este descubrimiento. Richard Feynman lo señaló como “el más notable de toda la astronomía”1.
De hecho, cada una de estas líneas oscuras representa un intercambio energético, discreto e indivisible, del mismo modo que una moneda representa un intercambio económico básico. En este caso, los compradores son átomos, que pagan o cobran energía a cambio de poder mover sus electrones. Para que electrón salte de un nivel energético a otro superior, dentro de un átomo, debe absorber un fotón de una energía muy determinada2 (de un color muy determinado): aquella correspondiente al salto que quiere dar. Sucede lo contrario si salta a un nivel inferior, en tal caso emite un fotón. Así, las frecuencias correspondientes a estos intercambios energéticos aparecen reflejadas en el espectro de la luz, separadas en el espacio, en forma de líneas de emisión o de absorción, dependiendo de si la energía ha sido “pagada” (emitida) o “cobrada” (absorbida).
Como los niveles energéticos de un átomo son siempre los mismos (son, por así decirlo, la moneda propia de su país), cada elemento químico tiene un espectro de absorción característico. Gracias a ello, podemos averiguar cuál es el gas que rodea a una estrella y deja sobre su luz su huella dactilar3. Podemos averiguar cuál es su composición química: la base de su economía… digo, de su energía.
Referencias:
1Richard Feynman. Seis piezas fáciles. Critica, 2017.
2D. Maoz. Astrophysics in a Nutshell. 2007.
3J. B. Hearnshaw. The analysis of starlight. Cambridge: Cambridge University Press. 1986.
Para saber más:
Sobre la autora: Almudena M. Castro es pianista, licenciada en bellas artes, graduada en física y divulgadora científica