Mamá, ¿de qué están hechas las estrellas?
Hace dos semanas tuve la oportunidad de visitar Campeche para presenciar el eclipse anular de sol. Durante las actividades en días previos a este gran evento, se realizaron observaciones con telescopios apuntando al sol con filtros especializados para el cuidado de los ojos.
Con gran curiosidad personas de todas las edades se asombraban de ver nuestra estrella de manera nítida y espectacular. Una pequeña después de ver volteó desconcertada a su madre y le preguntó: “Mamá ¿de qué está hecho el sol?” La madre no tenía la respuesta clara por lo que me acerqué para hablarles de Cecilia.
La pequeña no hizo una pregunta sencilla de hecho es una pregunta fundamental de la astrofísica que fue descubierta en 1925 por Cecilia Payne en su tesis de doctorado. Mostró cómo descifrar los complicados espectros de la luz de las estrellas para aprender sobre su composición.
Como muchas mujeres, Cecilia sabía que le fascinaba la ciencia y estaba indecisa de qué estudiar. Luego tuvo la oportunidad de escuchar al astrónomo Arthur Eddington dar una conferencia pública sobre su reciente expedición para observar el eclipse solar de 1919, una observación que confirmó la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Cuando regresó a su habitación, se dio cuenta de que la física era lo suyo.
En aquel momento, Harvard tenía el archivo más grande del mundo de espectros estelares en placas fotográficas. Los astrónomos obtienen estos espectros al adjuntar un espectroscopio a un telescopio. Este instrumento descompone la luz de las estrellas en su «arco iris» de colores, abarcando todas las longitudes de onda de la luz visible. Un espectro estelar típico tiene muchas estrechas brechas oscuras donde falta la luz en longitudes de onda (o energía) particulares. Estas brechas se llaman «líneas de absorción» y se deben a varios elementos químicos en la atmósfera de la estrella que absorben la luz que proviene de regiones más calientes debajo.
En principio, parecía que uno podría obtener la composición de las estrellas comparando sus líneas espectrales con las de elementos químicos conocidos observados en espectros de laboratorio. Los astrónomos habían identificado elementos como el calcio y el hierro como responsables de algunas de las líneas más prominentes, por lo que naturalmente asumieron que tales elementos pesados eran uno de los principales componentes de las estrellas.
Cuando Payne llegó a Harvard, ya se había iniciado un estudio exhaustivo de los espectros estelares. Annie Jump Cannon había clasificado los espectros de varios cientos de miles de estrellas en siete clases distintas. Ella había ideado y ordenado el esquema de clasificación basado en diferencias en las características espectrales. Los astrónomos asumían que las clases espectrales representaban una secuencia de disminución de las temperaturas superficiales de las estrellas, pero nadie podía demostrar esto cuantitativamente.
Payne comenzó un largo proyecto para medir las líneas de absorción en los espectros estelares y, en dos años, produjo una tesis para su doctorado, el primero otorgado por el Observatorio del Harvard College y catalogada por algunos como «la tesis de doctorado más brillante jamás escrita en astronomía». En ella, mostró que la amplia variación en los espectros estelares se debía principalmente a los diferentes estados de ionización de los átomos y, por lo tanto, a diferentes temperaturas superficiales de las estrellas, no a diferentes cantidades de elementos. Descubrió, sorprendentemente, que el Sol y las otras estrellas están compuestos casi en su totalidad de hidrógeno y helio, los dos elementos más ligeros. Todos los elementos más pesados, como los que constituyen la mayor parte de la Tierra, representan menos del dos por ciento de la masa de las estrellas.
La mayoría de la masa del universo visible es hidrógeno, el elemento más ligero, y no los elementos más pesados que son más prominentes en los espectros de las estrellas. Esta fue realmente una revolucionaria revelación.
Gracias a Cecilia y a las mujeres que preguntan, conocemos hoy grandes enigmas que despiertan aún más nuestra curiosidad.
*Comunicadora independiente de ciencia, miembro de la Red Mexicana de Periodistas de Ciencia.
Foto cortesía David Olivos.
