Espectroscopia astronómica, las “radiografías” del universo.

Debo comenzar anotando, que para una disciplina y ciencia que literal lo estudia todo, el cosmos, el universo, su origen, evolución y organización es difícil centrarse en un solo tema a hablar, es por eso que la elección de este no es fácil pero aun así cada tema a tratar podría generar en mí la misma pasión y el mismo encanto al escribir estas líneas.

Como estudiante de ciencias y como curioso en general, siempre me ha parecido intrigante alguno de los misterios más grandiosos del universo y la forma de llegar a la resolución de estos. Desde un punto de vista muy personal me parece inquietante como los físicos y astrónomos logran describirlo todo (o casi todo) a partir de idealizar modelos que se comporten de una manera especial y definida, ya que es allí donde se puede explicar todos estos fenómenos de la naturaleza a partir del lenguaje de la ciencia, las matemáticas.

Y es que estas, para algunos un dolor de cabeza, para otros una bendición divina […] son la forma más perfecta de entender el universo, gracias a las ecuaciones podemos saber el comportamiento de algunos fenómenos mucho antes de verlos (o experimentarlos), es por esto que es pertinente hacerse preguntas como: ¿cómo °!”#$% sabemos lo que hay por fuera de nuestros límites alcanzados si (precisamente) nunca hemos llegado hasta allí? , dicho de otro modo ¿cómo sabemos la composición de un planeta, un asteroide, una estrella, en general cuerpos celestes, y también propiedades tan importantes como sus velocidades orbitales, velocidad de rotación, sus temperaturas… etc.?

Pues bien, todo esto es debido al ingenio humano, y su capacidad para encontrar patrones en la naturaleza, más precisamente su capacidad de ver el universo con otros ojos y no solamente con los que tenemos a los lados de nuestra nariz…

Vayamos despacio, Resulta que la luz visible (como onda electromagnética) es tan solo una pequeña porción de todo el espectro electromagnético, el cual comprende otros tipos de “luz” o mejor dicho, llamémosla como se debe, otros tipos de ONDAS, con longitudes altas y bajas (la longitud de una onda es la distancia que recorre una perturbación en un determinado intervalo de tiempo que, en el caso de las ondas electromagnéticas también van asociadas directamente a la frecuencia , la cual es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo). Estos distintos tipos de “luz” aunque no transmiten masa, sí transmiten información y momentum.

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Imagen 1: Espectro electromagnético. Créditos: Wikipedia

 

Resulta a su vez, que dentro de  la pequeña porción del espectro que forma la luz visible, esta se puede descomponer en longitudes de onda, que nos otorgan los famosos “colores”, que no son otra cosa que la forma como nuestros cerebros perciben estas longitudes de onda captadas por nuestros ojos. En el espectro de colores, aunque es continuo (no se separan los colores drásticamente uno del otro)  podemos ver  o distinguir los 7 colores fundamentales, también conocidos por ser los colores del fenómeno óptico que se conoce como “arco iris”, estos son rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta según su longitud de onda respectivamente.

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Imagen 2: Espectro de luz visible y sus diferentes frecuencias. Créditos: Wikipedia

 

En 1704 el Físico, matemático , filósofo, teólogo e inventor Isaac Newton logró demostrar que, cuando un rayo de luz  blanca del sol pasa por un prisma , este se descompone formando un espectro que contiene los ya mencionados colores, esto sucede debido a las propiedades físicas del prisma, el cual gracias a fenómenos de refracción permite descomponer la luz.

Luego y partiendo de esto, entre los siglos XVIII y XIX el prisma fue reforzado con rendijas y lentes telescópicas con lo que se consiguió así una herramienta más potente y precisa para examinar la luz procedente de distintas fuentes, gracias a este, el físico y astrónomo Joseph von Fraunhofer logró ver que al combinar este prisma con lentes telescópicas podría ver más detalladamente el espectro producido por el sol, el cual ya no se veía como una franja continua de los colores del arcoíris, sino que tenía unas curiosas líneas negras, las cuales siempre se repetían y ocupaban la misma posición. Este espectro fue denominado espectro de absorción.

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Imagen 3: Espectros formados por diferentes gases .  Créditos: http://elfisicoloco.blogspot.com/2012/11/espectros-atomicos-emision-y-absorcion.html

 

Luego de esto, y gracias al estudio de los elementos químicos, el físico Gustav Robert Kirchhoff logró detectar que al analizar los elementos a través del “aparato” que se conocería como “espectroscopio” y del cual sería uno de sus inventores oficiales junto al químico Robert Bunsen, se podría observar un espectro de emisión (espectro de fondo oscuro con líneas coloreadas) es así pues como nace la curiosa y “natural” pregunta, ¿y qué tal si las líneas que le faltan al espectro de absorción son las mismas líneas que se ven en los diferentes elementos químicos? ( según la observación: cada uno de los elementos tenía un patrón de líneas específico y bien definido)

Y pues sí, efectivamente Kirchhoff logra demostrar más adelante que estas líneas se comportaban tal cual un rompecabezas, ya que analizando por ejemplo el espectro de absorción formado por la luz del sol y comparándolo con los espectros de emisión generados por elementos químicos como el hidrógeno, el helio  y un poco de los elementos siguientes (Aquí por siguientes me refiero a los elementos más pesados que estos dos , con mayor número atómico, como el Oxígeno, carbono, etc…) se logra ver que la superposición de las líneas coinciden específicamente, y gracias al estudio  de las propiedades de estas líneas, su grosor, su intensidad (de esta sale una rama aparte aunque relacionada, con el nombre de espectrometría) , su corrimiento al rojo, es que se ha podido establecer propiedades físicas de la estrella o el cuerpo, como su composición (grosor de las líneas), o su velocidad (corrimiento al rojo debido a un efecto en el cambio de frecuencia de las ondas al moverse respecto a un receptor, conocido como efecto doppler) , y gracias a la observación de este fenómeno , es que Edwin Hubble logró presentar su famosa ley, la cual describe la expansión acelerada del universo, ya que según sus observaciones a las galaxias, estas entre más lejos estén, más rápidas se mueven, lo que genera la ya nombrada expansión acelerada.

Sin embargo, aunque estos fenómenos de la naturaleza al percibir los espectros de diferentes cuerpos eran vistos, experimentados y estudiados, no se pudo establecer el origen y explicación de estos sino hasta la llegada de la mecánica cuántica, a principios del siglo XX

Es así pues, como el descubrimiento de la naturaleza nos abre puertas, tan grandes como queramos y tan fascinantes como lo son los propios misterios del cosmos. Gracias a la invención de mejores instrumentos (espectroscopios y espectrofotómetros) ahora podemos estudiar la luz que nos llega de diferentes partes del universo, podemos saber cómo sería estar allí sin la necesidad de movernos de nuestros escritorios, estudiar nebulosas, cuásares , galaxias , planetas, asteroides,  cometas, y eso solo por mencionar las aplicaciones a la astronomía, ya que la espectroscopia tiene distintas aplicaciones, y también se puede aplicar a distintos tipos de “luz”, como por ejemplo  espectroscopia de rayos x, de microondas, infrarroja… etc.

 

Referencias:

https://es.wikipedia.org/wiki/Arco%C3%ADris

https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

https://www.espectrometria.com/espectrmetros

https://www.youtube.com/watch?v=N1oszgg6wBw

http://www.oarval.org/spectroscopysp.htm

https://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_la_espectroscopia

https://es.wikipedia.org/wiki/Espectroscopia_astron%C3%B3mica

https://es.wikipedia.org/wiki/Gustav_Kirchhoff

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