En la noche del 4 de julio de 1054, innumerables personas del continente asiático vieron aparecer en el cielo una luz brillante e intensa, visible durante varios días. Astrónomos chinos registraron este evento en la constelación de Tauro llamándolo «la estrella invitada».
Esa misma noche, otras personas del otro lado del mundo registraron el mismo fenómeno: en el suroeste del territorio que hoy comprende los Estados Unidos, una cultura rica en tradición astronómica, los anasazi, también fueron testigos de esta nueva y brillante estrella. Fácilmente visible a la luz del día, los observadores podían leerlo y admirarlo por la noche.
La Nebulosa del Cangrejo, remanente de la supernova SN 1054.Fuente: NASA/ESA.
Ahora sabemos que los chinos y los anasazi presenciaron una explosión estelar llamada supernova y que, además de la luz, la estrella moribunda también liberó elementos químicos al espacio, transportando grandes cantidades de energía en el proceso.
Dentro de la estrella que dio origen a la supernova Cangrejo (SN 1054), como se la conoce hoy, se encontraban muchos de los primeros 26 elementos de la tabla periódica, desde elementos simples como el helio y el carbono hasta elementos más complejos como el manganeso y el hierro. Durante la explosión, otros elementos también fueron creados y pulverizados en el espacio interestelar, donde eventualmente se combinaron para formar iones y moléculas que eventualmente formaron nuevas estrellas, planetas y grandes nebulosas.
Tabla periódica con el origen cósmico de los elementos químicos.Fuente: NASA
Este episodio resume la esencia de la historia de los elementos químicos pesados del Universo: todos se forjaron en el corazón de las estrellas o durante el dramático final de sus vidas. Hoy en día, los astrónomos reconocen estos elementos químicos dispersos por todo el cosmos. Es posible saber la cantidad de oxígeno en la atmósfera de un planeta lejano, el porcentaje de hierro en una nube molecular lejana e incluso saber si un lugar determinado tiene moléculas de agua.
¿Cómo es esto posible cuando ni siquiera hemos dejado el sistema solar?
La respuesta a esta pregunta es la historia del desarrollo de una de las técnicas más increíbles jamás descubiertas por la humanidad: la espectroscopia. Si bien ciertas propiedades de la luz se conocen desde la antigüedad, el desarrollo de técnicas analíticas sofisticadas no se produjo en Occidente hasta el siglo XVII, con la publicación de los primeros trabajos sobre óptica de los físicos y matemáticos Isaac Newton y Christian Huygens.
Pintura de Newton estudiando el espectro solar con un prisma, de JA Houston.Fuente: Dominio publico.
Con el tiempo, el desarrollo de los primeros dispositivos ópticos, en particular los prismas, permitió realizar observaciones sistemáticas del espectro solar: Newton usó por primera vez la palabra espectro para describir el arcoíris de colores que se combinan para formar luz blanca. . A principios del siglo XIX, la espectroscopia se convirtió en una técnica científica más precisa y cuantitativa y desde entonces ha jugado un papel importante en la química, la física y la astronomía.
En óptica, un espectro es simplemente un cuadro o gráfico que muestra la intensidad de la luz emitida en un rango de energía. La naturaleza a menudo crea hermosos espectros: arcoíris. La luz del sol que pasa a través de las gotas de agua en la atmósfera se dispersa para mostrar sus diferentes colores. Así es como nuestros ojos perciben la radiación con diferentes energías.
Representación del espectro electromagnético de la luz.Fuente: JWST.
Cada espectro contiene una amplia variedad de información por la sencilla razón de que existen muchos mecanismos diferentes mediante los cuales un objeto, como una estrella o una galaxia, puede producir luz. Cada uno de estos mecanismos produce un espectro característico.
Cada elemento químico de la tabla periódica produce una serie de líneas brillantes en el espectro de luz que son exclusivas de ese elemento, como una huella dactilar. El hidrógeno, por ejemplo, tendrá líneas brillantes que no se verán como helio, no se verán como carbono, etc.
Así, al observar un objeto celeste lejano, los astrónomos pueden identificar qué tipo de material existe en él mediante el análisis de la luz que llega en sus instrumentos. Es el estudio de la espectroscopia que, además de permitir determinar la composición química, también permite estimar la temperatura y la densidad de estos elementos (en las estrellas, por ejemplo).
Espectro continuo y líneas de emisión de diferentes elementos químicos.Fuente: Universidad de Florida Central
¡Pero no te detengas ahí! Las líneas espectrales también revelan secretos sobre los campos magnéticos de las estrellas, su masa y tamaño, y qué tan rápido se mueve un objeto.
Aunque es una de las herramientas fundamentales para el estudio del Universo, la espectroscopia encuentra múltiples aplicaciones en los más diversos campos del conocimiento humano, desde el estudio de materiales hasta las técnicas quirúrgicas y médicas más sofisticadas.
Sin espectroscopia, sin duda todavía estaríamos andando a tientas en la oscuridad, incluso con luz.