Timbre postal alusivo al 200 aniversario del nacimiento de Fraunhofer (Alemania, 1987).
En 1844, Auguste Comte, filósofo francés, estaba buscando un ejemplo de un tipo de conocimiento que siempre permanecería desconocido. Eligió la composición química de las estrellas, argumentando que nunca podríamos viajar a tan enormes distancias para poder tomar muestras. Sin embargo, sólo tres años después de la muerte de Comte, se descubrió que un espectro puede ser utilizado para determinar la composición química de los objetos distantes.
El desarrollador de la técnica fue nada menos que Joseph Von Fraunhofer. Pasaba luz a través de prismas que desde la época de Newton se sabía que se descomponía en colores, es decir, un espectro. Fraunhofer puso una vela encendida y delante de ella puso sal, y al pasar la luz a través de un prisma se dio cuenta que no se producía un “arcoiris” continuo, había una línea negra en ese espectro. Esa línea negra aparece porque la sal absorbe la luz justo en esta longitud de onda. Con este descubrimiento, comenzó a colocar diferentes sustancias delante de la luz para conocer en qué lugares de los espectros aparecían esas líneas negras. Hoy las conocemos como líneas de absorción. Fraunhofer siguió experimentando, y encontró que modificando la adición de sustancias a las fuentes de luz, se producían también líneas de color más intenso en el mismo lugar donde antes estaba la línea de absorción. Éstas se conocen como líneas de emisión.
Esta idea revolucionó nuestro conocimiento acerca de la composición de la materia. Fraunhofer, en 1815, mediante una rendija, un prisma y un telescopio descubrió que el espectro solar está surcado por millares de rayas negras, a las que ahora se les llaman “líneas de Fraunhofer”. Extendió sus observaciones a otros astros y encontró que los espectros de la Luna y los planetas muestran las mismas rayas que se advierten en el espectro del Sol, mientras que los de algunas de las estrellas fijas más brillantes son diferentes. En la década de 1850, Kirchoff y Bunsen fundan la técnica de la espectroscopía. La fuente básica de luz que usaban era el mechero Bunsen, inventado por él. Este instrumento quema una mezcla de gas y aire para producir una llama caliente y escasamente luminosa. Cuando Kirchhoff colocó cristales de diversos compuestos en la llama, ardieron con luz de diferentes colores. Al pasar esta luz a través del prisma se separaba en líneas luminosas. Cada elemento, mostró Kirchhoff, produce un modelo característico de líneas luminosas cuando se calienta hasta la incandescencia, un modelo que es diferente del de cualquier otro elemento. Una vez que los elementos fueron identificados, invirtió el proceso y así, se podía deducir los elementos de un cristal desconocido a partir de las líneas brillantes del espectro producido por éste.
La nebulosa del cangrejo. Remanente de la explosión de una estrella en el año 1054. En su espectro se detecta la presencia de elementos pesados cuyo número atómico está más allá del Fierro.
La primera estrella a la que se le determinó su composición química a partir de la interpretación de su espectro, fue por supuesto, el Sol. Se encontraron en él Calcio, Sodio e Hidrógeno. El Helio fue descubierto en el Sol antes que en la Tierra, por Joseph Norman Lockyer, en 1868.
Todo esto es el preámbulo de un conjunto de descubrimientos que revolucionaría nuestro conocimiento del Universo. Desde la antigüedad, de la que se conocía la existencia de nueve elementos y cuatro estudiados por los alquimistas medievales, ahora sabemos de la existencia de 92 más los 27 artificiales. ¿De dónde provienen los elementos químicos naturales que conocemos? Con el advenimiento de la Física atómica y nuclear, se sabe que cada elemento químico, a cierta escala atómica está constituído por tres tipos de partículas, el protón, el neutrón y el electrón, dispuestos en diversos patrones. El 99 por ciento de la materia del Universo es Hidrógeno y Helio, los dos elementos más sencillos. En los núcleos atómicos, para que dos o más protones queden unidos, tienen que encontrarse en un ambiente de muy alta temperatura y presión, a modo que las fuerzas nucleares entren en acción y contrarresten la repulsión eléctrica de las partículas con igual carga. Esto solamente puede ocurrir a temperaturas superiores a los 10 millones de grados y con muy grandes cantidades de masa. Solamente puede ocurrir esto en el interior de las estrellas. Cada que un elemento sufre una transformación para convertirse en otro se genera energía, que puede detectarse a lo largo de todo el espectro electromagnético, particularmente en la luz visible. Este proceso se llama fusión nuclear. Es por esto que las estrellas brillan. Hay una secuencia de formación de nuevos elementos en las estrellas, cuando el “combustible” primario se agota. El Hidrógeno, al fusionarse, forma Helio. Agotado aquél, el Helio se fusiona para constituir Carbono, y cuando el Helio se agota, el Carbono se fusiona y forma Fierro. En estos sucesivos procesos, la estrella empieza a “enfriarse”, ya que la energía liberada es menor que con la fusión del Hidrógeno.
Sin embargo, los elementos químicos más pesados, es decir, los que tienen mayor número de protones y neutrones en sus núcleos, se producen muy poco en la secuencia principal de las estrellas. Estos elementos se generan en los eventos cataclísmicos estelares: ¡Las supernovas!
Las supernovas son estrellas que explotan. En las capas exteriores de la estrella se alcanzan temperaturas muy altas, y elementos como el oro y el uranio se forman, ya que hay suficientes neutrones para unir a los protones necesarios. La explosión supernova es importante porque los elementos pesados ahí formados se esparcen con la onda de choque por el medio interestelar. En la formación de nuevas estrellas o en la regeneración de las estrellas que han muerto, y en los sistemas planetarios asociados a ellas, estos elementos formarán parte, como ocurrió con la Tierra hace 4 mil 500 millones de años. Esto tiene implicaciones asombrosas. Nuestro Sol puede ser considerado una estrella de tercera generación, por la cantidad de elementos pesados que contiene.
Así pues, y citando a Sagan: “El oro en nuestros bancos, el oxígeno de nuestro aire, el carbono en nuestro ADN o el calcio en nuestros huesos, fueron formados hace miles de millones de años y a millones de años luz de distancia… Nuestro planeta, nuestra sociedad y nosotros mismos, estamos hechos de materia estelar”.