La voz de las estrellas II
La Luz: átomos, iones, plasma, ondas
electromagnéticas, fotones.
Vimos que el fenómeno de la luz puede
ser interpretado como un fenómeno ondulatorio; esto es, como ondas que se
desplazan.
Cuando vemos una ola en el mar presenciamos
un fenómeno ondulatorio: la energía que impacta los mares excita sus masas
líquidas, estas absorben una parte de ella y trasladan el resto de varias
maneras; entre ellas, las olas (las mareas gravitatorias, los desplazamientos
continentales, el surgir de magmas de las dorsales centro oceánicas, el
subsumir de placas en las fallas, el aumento de temperatura de las masas
ecuatoriales por la irradiación solar, etc. etc. son algunas de las muchas
formas en que se genera fluctuación de la hidrosfera).
La ola marina es una fluctuación
del nivel de masa líquida que se traslada el tiempo y el espacio con una
determinada dirección y velocidad. Esta imagen será de ayuda para entender
aspectos del fenómeno luminoso. Pensemos en un niño que comience a patalear en una
pileta cuyas aguas hubieran estado en completo reposo: si su pataleo es tranquilo
las olas generadas serán largas, pausadas; alcanzarán el lado opuesto y se
reflejarán en él. El niño que así hiciera, al patalear con tranquilidad, podría
hacerlo por minutos antes de cansarse. Pronto la superficie del agua se
mostraría inquieta por el continuo choque de estas olas lentas y las reflejadas
en los cuatro bordes de ese espacio. Si repitiéramos la experiencia, pero esta
vez el niño batiera las aguas con fuerza las olas generadas serían más cortas
que las del caso anterior, la superficie del agua se mostraría mucho más picada
y -lo más importante- el niño no podría mantener su batido constante: estas
olas cortas y fuertes no podrían ser generadas en extenso pues el niño se
cansaría rápido.
El ejemplo anterior nos lleva a
una de las leyes universales: A mayor energía liberada, mayor energía
consumida. Este aspecto del universo apasiona y por ello, creo, gusta tanto a
la gente hablar de agujeros negros. En ellos parece quebrarse esa ley
maravillosa: la conservación de la energía. Stephen Hawking ha trascendido justo
por haber propuesto un modelo matemático mediante el cual esa vorágine
irracional devolvería la energía consumida (mediante la llamada radiación de
Hawking).
Volvamos al tema principal, no
sin pena, pues todos son infinitos en su riqueza.
La luz es una onda, asimismo,
solo que mientras la ola es una fluctuación del agua que propaga su fuerza, la
luz es una fluctuación de campos eléctricos y magnéticos que transporta energía.
Estos campos, llamados del
espectro electro magnético (eem), pueden propagarse por el espacio vacío y a
través de los medios transparentes o translúcidos (refracción y dispersión). Los
medios opacos la absorben o reflejan* en mayor o menor medida, en función de su
composición atómica, temperatura, densidad, presión, etc. etc.
Entonces, lo que llamamos luz
solo es una pequeña porción de un gran abanico de energías emitidas por la
materia excitada**. El eem es mucho mayor que el arco visible y se extiende a
ambos lados del mismo, ese que visualizamos al dispersar la luz blanca (por
medio de un prisma o un cd- malla de difracción): los colores rojo, naranja,
amarillo, verde, celeste, azul y violeta.
Más allá del violeta está la
región del espectro UV y luego los rayos x y gamma. Antes del rojo existe la
región del infrarrojo cercano y lejano, y luego las micro ondas, las ondas de
radio cortas y largas. Sin duda habrá regiones aún no descubiertas.
La astronomía ha tomado por
asalto estas regiones nuevas del
espectro; desarrollamos observatorios de partículas de altas energías (Pierre
Augier), de rayos gamma (HAWC), de rayos x (Chandra, Spitzer, Compton), de UV
(Copérnico, Galex, EUE, etc.), de región visible, de IR (HERSCHEL, IRAS, Webb,
AstroF, de micro-ondas (ALMA), de radio (Arecibo, VLA, IAR). Se instalaron,
además, observatorios de ondas gravitacionales y de neutrinos. Desde que el
hombre es hombre observa el cosmos en la región visible –esto es, hace como
mínimo un millón de años- y hace apenas unos pocos años que sumamos regiones
espectrales al análisis: Janski descubrió las emisiones de radio provenientes
del espacio (Sagitario-A) en 1932, y Reber construyó su antena en 1940. La región
del espectro UV proveniente del espacio comenzó a ser estudiado en los 60.
De modo que tenemos un abanico de
frecuencias energéticas que fluyen por el espacio, ondas que atraviesan el
tiempo y la distancia y proveen a estos monos crueles la información necesaria
para imaginar un cosmos allí donde quizá solo haya caos. Muchas veces pienso
esto, es nuestra mente la que ordena el mundo, es nuestro lenguaje, tan solo,
un solipsismo…
Solipsismo estelar.
Las ondas electromagnéticas
constituyen el lenguaje de las estrellas. Estas son generadas por las moléculas
y los átomos que constituyen la materia.
Si tomamos un átomo de hidrógeno
por caso, lo explicamos como una entidad energética en equilibrio, formado por
un núcleo y una banda de energías posibles que le circunda. Estas bandas
energéticas exteriores o límites del átomo son las que admiten la existencia de
un electrón (en el H). El electrón es una partícula fundamental, de carga
negativa, que equilibra la carga del núcleo. Fundamental quiere decir, sin estructura
conocida. El núcleo del hidrógeno por su parte está formado por al menos una
partícula llamada protón, de carga positiva. Cuando el átomo está en equilibrio
contiene al menos un protón y un electrón. Puede haber átomos de hidrógeno H con
mayor número de partículas en el núcleo -de carga neutra- llamadas neutrones.
La fuerza electromagnética (fem) es
la responsable de la estructura atómica descripta, y de que la materia posea
las propiedades que le conocemos. Aprieto las teclas de la notebook porque los
electrones que forman mis dedos interactúan (rechazan) por medio de la fem a los
electrones de los átomos de la tecla. Recordemos que fuerzas de un mismo signo
se repelen, de modo que los electrones son los causales de la no penetrabilidad
de la materia -a temperaturas sobre el grado absoluto.
Cuando por excitación externa un
electrón abandona el átomo este queda en desequilibrio energético. Tales átomos
habrán sufrido un cambio de estado, se habrán convertido en iones: el núcleo,
ion positivo; el electrón, ion negativo. Si un gas hidrógeno sufre esta excitación
sus átomos se disocian en iones, el gas ha mutado a plasma. Un plasma es un gas
cuyos átomos se han ionizado.
Ahora bien, ¿cuánto dura un átomo
en estado ionizado?
El átomo ionizado es un átomo que
ha roto su equilibrio energético; es decir, los campos energéticos estarán
buscando equipararse pues la ausencia del electrón habrá roto la simetría que
existía entre sus fuerzas.
Los átomos buscan compensar ese
desequilibrio (¿por entropía?) por lo cual inmediatamente un electrón libre
suple en el átomo al que había escapado.
Cuando este electrón es atrapado -o
constituye una banda de energías atómica- el átomo emite un cuanta de energía. Es
decir, ese átomo equilibrarse emite un fotón cada vez que un electrón es
capturado –o que ha cambiado de nivel energético.
El átomo admite, además, diversos
niveles energéticos donde solo un nivel es el llamado nivel fundamental o de
equilibrio energético.
Si un electrón salta de uno a
otro nivel (aunque no sea expulsado del átomo), el átomo absorbe o emite ondas
electromagnéticas, en función de la energía propia de ese salto de nivel.
Esto, que la energía absorbida o
emitida esté cuantizada, es decir, cuantificada, que ella no pueda tener un
valor cualesquiera sino uno y solo uno por nivel, es lo que ha dado origen a la
física cuántica, y lo que ha podido explicar con satisfacción los fenómenos que
observamos, tanto en el laboratorio por el científico, con el aire
acondicionado puesto y escuchando la radio átomo, como en el universo. Por ejemplo:
las líneas de absorción de los espectros atómicos; el color con que brillan las
nebulosas en las regiones HII.
foto cortesía de Sergio Eguivar.
De modo que las estrellas emiten
su luz, sus ondas electromagnéticas, y nosotros las recibimos después de eones.
En ella vienes codificado su mensaje: ¿cuál es su volumen? ¿Cuán masivas son? ¿Cuánto
brillan? ¿Cuál es su temperatura? y más.
Todo muy lindo, pero ¿cómo leemos
ese mensaje?
Continúa.
*Al escribir esto pienso que, en
realidad, las ondas del eem pueden atravesar cualquier tipo de materia en mayor
o menor grado. Cuando la luz del sol incide sobre el techo de mi casa, usual digo
que -por opaco- este refleja y absorbe tales energías… más, el techo se
calienta y ese calor lo puedo sentir con la mano dentro de la casa; ergo, la
radiación electromagnética ha traspasado el medio opaco. En suma, hay que
hablar con cuidado, opacos solo son los medios que impiden el paso de cierta
región del eem: la región visible.
**La materia no excitada en
realidad no existe, esta sería la materia a 0° absoluto -o 0° Kelvin- Recordemos
que la temperatura, en cualquiera de sus escalas, mide el grado de oscilación
de las moléculas que forman la materia. Por tanto, tal ausencia energética no
parece posible.
Link de interés:
http://www.baskies.com.ar/
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