En 1835, el fundador del positivismo Augusto Comte, dijo refiriéndose a las estrellas: “No seremos capaces en absoluto de determinar su composición química o su densidad y cualquier noción sobre la verdadera temperatura nos ha sido negada para siempre”. Comte estaba asumiendo que la determinación de estas propiedades requería obtener muestras físicas de las estrellas lo que, obviamente, es una tarea bastante difícil. Hoy, sin embargo, conocemos la composición química de un gran número de estrellas de nuestra galaxia con bastante precisión. ¿Cómo hemos podido saber de qué están hechas?
Para averiguarlo vamos a viajar al pasado, a la Norteamérica de los felices años veinte. En las calles se escucha jazz y se baila tango y charlestón. Familias de clase media compran electrodomésticos gracias a la recién instaurada venta a plazos y las mujeres fuman y llevan el pelo a la garzón. Los astrónomos, ajenos a todo esto, debaten acerca del tamaño del Universo y averiguan, finalmente, por qué brillan las estrellas. Al final de esta década, que sin duda, fue feliz para la ciencia, sabremos que el universo es mucho más grande de lo que habíamos imaginado, que existen muchas galaxias como la nuestra y que se están alejando de nosotros porque el Universo se está expandiendo. Por otro lado, habremos generado una sólida teoría estelar que nos permitirá calcular la temperatura y composición química de las estrellas. Esto último, gracias a una joven y brillante astrónoma británica: Cecilia Payne.
Muy poca gente conoce este nombre a pesar de que esta astrónoma no sólo revolucionó nuestro conocimiento de las estrellas sino que también abrió un camino para las mujeres en el mundo de la astronomía. Cecilia nació en 1900 y desde muy pequeña sabía que quería dedicarse a la ciencia. Empezó estudiando biología en Cambridge, pero una conferencia del astrónomo Sir Arthur Eddington hizo que cambiara la biología por la física. A pesar de que terminó sus estudios con buenas notas no pudo graduarse formalmente, ya que Cambridge no ofertaba títulos a mujeres. Visto que no podía desarrilloar una carrera en este país, se trasladó a la Universidad de Harvard en Massachusetts, donde comenzó su tesis doctoral en el estudio de las atmósferas estelares.
Antes de seguir hablando del trabajo de Payne, vamos a ver qué se sabía hasta entonces acerca de la composición de las estrellas. Ya en 1666, Isaac Newton había comprobado que cuando hacía pasar un haz de luz a través de un prisma, éste se descomponía en los colores del arcoíris. Un siglo más tarde, el famoso astrónomo Willia Hershel, colocó un termómetro en cada color, comprobando que la temperatura y, por lo tanto, la energía, crecía desde el rojo hasta el violeta. Esta descomposición de la luz en energías es lo que llamamos un espectro y fue en un espectro del Sol donde se descubrió por vez primera, la presencia de unas bandas oscuras. Estas bandas oscuras, que parecían indicar un decremento de la luz a ciertas energías específicas, son la clave para saber de qué están hechas las estrellas.
Cada elemento químico de la tabla periódica tiene sus electrones en ciertos niveles de energía y las diferencias de energía entre los niveles son únicas y específicas para cada uno de ellos, como una huella dactilar que los identifica unívocamente. Normalmente, los electrones están en los niveles más bajos, pero si logran robar la energía justa para salgar a un nivel superior, lo harán, lo que disminuirá la cantidad de luz con esa energía. Las bandas oscuras en el espectro del Sol son consecuencia de estos hurtos y de cómo las energías necesarias para saltar entre niveles son únicas para cada elemento químico midiendo a qué energías tenemos estas disminuciones de luz, sabemos qué elementos químicos están presentes.
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