La mecánica cuántica permite ver muy lejos, hacer anatomía forense de cadáveres estelares y analizar cómo ha evolucionado la química del universo

Líneas prohibidas, podría ser un buen título para una novela negra. Un párrafo misterioso que provoca la muerte a quien lo lee. Una investigación con unos personajes desaliñados y quizás inteligentes, que intentan esclarecer estos extraños sucesos. Si ajustamos un poco la trama y aceptamos que los Sherlocks son astrónomos que además mueren de manera natural, tenemos nuestro relato de intriga tipo “El nombre de la rosa” en el descubrimiento hace casi 100 años del mecanismo que explica la emisión de luz de muchos objetos celestes. Un último detalle, los únicos cadáveres son de estrellas y las líneas prohibidas están escritas en el equivalente astrofísico de un libro: un espectro.

Corría el año 1868 cuando el astrónomo inglés Sir William Huggins le puso nombre a aquello que llevaba de cabeza a los astrónomos de la época: unas líneas de emisión verde brillante que se observaban cuando se descomponía en su espectro la luz proveniente de ciertas nebulosas. Como esas líneas de luz no se observaban en los espectros que se tomaban en los gases en los laboratorios aquí en la Tierra, el Sir inglés propuso que se trataba de un nuevo elemento químico. No se comió mucho la cabeza y lo llamó nebulium. Recordemos que la única forma de determinar la naturaleza de las sustancias responsables de la luz que vemos en el cielo, a falta de teoría, es comparar sus líneas con los espectros producidos en el laboratorio. No fue hasta 1927 que se descubrió por Ira S. Bowen que el nebulium no existe y que son simplemente elementos comunes como el oxígeno y el nitrógeno cargados eléctricamente, es decir ionizados, los responsables de que se produzca esta luz en determinados objetos astronómicos.

Estas líneas, a pesar de que se observan en muchos objetos con fuentes de energía muy diferentes como supernovas, nebulosas planetarias, entornos de los agujeros negros en los núcleos activos de galaxias o auroras boreales, son líneas que llamamos prohibidas. El término es engañoso y sería mucho más acertado llamarlas “líneas de emisión muy poco probables en condiciones terrestres” (miremos a donde miremos siempre se nos escapa el antropocentrismo de un modo u otro), aunque también tenemos que reconocer que esta es una de las pocas veces que los astrónomos le han puesto a algo un nombre con gancho.

Lo fascinante es descender al mundo de lo diminuto, al mundo cuántico, para comprender cómo se produce esa luz tan útil para entender el cosmos y que nos permite medir, por ejemplo, cuánto oxígeno del mismo que respiramos tiene una galaxia que se encuentra a miles de millones de años luz de la Tierra. Ahora sabemos que para que se emita este tipo de luz necesitamos básicamente dos cosas: una fuente de luz con mucha energía y un gas con una densidad extremadamente baja. Supongamos que tenemos estos dos ingredientes, convirtámonos por un momento en algo mucho más pequeño que ant-man para ver qué está pasando a nivel de las partículas elementales.

Todos los átomos tienen un núcleo compacto con carga positiva donde están los protones y rodeando a esta pequeña estructura tendríamos a los electrones en sus nubes. Una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza, la fuerza electromagnética, mantiene a ambos unidos siempre y cuando no haya un fotón de luz por medio que pueda dar tanta energía a un electrón que literalmente lo arranque de su átomo. Ya sabemos entonces para qué necesitábamos la fuente de energía: para arrancar electrones del control de los protones. Este proceso llamado ionización se da en la atmósfera de la Tierra a gran escala en la ionosfera.

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