¿De qué están hechas las estrellas?

La astronomía no deja de sorprender. Cuando en el siglo XIX se aseguraba con contundencia —léase Auguste Comte— que el hombre nunca sabría determinar la composición química de las estrellas, qué lejos estaban de la realidad. Obviamente, los científicos de aquella época —no tan lejana basaban sus argumentos en la dificultad de obtener pruebas y muestras físicas de esas estrellas; una tarea ardua incluso en la actualidad.

Sin embargo, hoy en día conocemos con bastante precisión la materia de la que están hechos esos cuerpos celestes. Por tanto, se abre la pregunta: ¿cómo se ha llegado a este descubrimiento si la estrella más cercana a nuestro planeta se encuentra a millones de años luz?

Para responder a esta interrogante hay que situarse en la Norteamérica de los felices años 20, época en la que los astrónomos se rompían los sesos estudiando el tamaño del universo —ni más ni menos— y el origen del brillo de las estrellas. No obstante, llegaron a varias y muy ciertas conclusiones: que el cosmos es mucho más grande de lo que nadie se había imaginado jamás, que existen muchas galaxias similares a la nuestra y, finalmente, que el universo se sigue expandiendo a medida que pasa el tiempo.

Con todo, la observación más notable de aquellos años se debe a una mujer, la británica Cecilia Payne; una joven y brillante astrónoma que supo calcular la temperatura y composición química de las estrellas, abriendo de par en par el conocimiento que hasta entonces se tenía del mundo galáctico y, sin duda, los nuevos derroteros físicos y astronómicos que se ampliaban para las féminas atraídas por estos ámbitos.

Los comienzos para Payne no fueron fáciles. Aficionada a la ciencia desde muy joven, empezó a estudiar biología en Cambridge para posteriormente dedicarse a la física; sin embargo, dados los cánones de la época, dicha universidad no reconocía los títulos académicos a las mujeres. Así pues, hizo la maleta y se trasladó a la Universidad de Harvard, donde comenzó su tesis doctoral sobre las atmósferas estelares.

Antes de profundizar en el estudio de Payne, vamos a hacer un recordatorio de lo que se sabía por entonces sobre la composición de las estrellas. Como explican Pablo G. Pérez, investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA) y Patricia Sánchez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM), «ya en 1666, Isaac Newton había comprobado que cuando hacía pasar un haz de luz natural a través de un prisma, este se descomponía en los colores del arcoíris. Un siglo más tarde, el famoso astrónomo William 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».

En aquellos años, se encontró que las bandas más prominentes (más oscuras) en el espectro del Sol se correspondían con los elementos más abundantes en la corteza terrestre y se pensó, lógicamente, que ambos estaban hechos del mismo material. «Esta era todavía la creencia establecida cuando Cecilia Payne comenzaba su tesis doctoral; no obstante, estaba emergiendo en Europa un nuevo campo de la física, la mecánica cuántica», añaden Pérez y Sánchez.

Uno de los mejores referentes de esta nueva alternativa científica fue el astrónomo indio, Meghnad Saha, quien publicó un estudio que sirvió como piedra angular para el desarrollo de la tesis de Cecilia Payne. En otras palabras, basándose en los electrones que tiene cada elemento químico de la tabla periódica y en sus distintos niveles de energía, «la británica aseguraba que las estrellas estaban hechas, principalmente, de hidrógeno y helio (con un 75% y un 24% de la masa total respectivamente); en la corteza terrestre, el hidrógeno es el tercer elemento más abundante después del oxígeno y el silicio mientras que el helio es un elemento químico muy raro», sostienen los dos investigadores españoles. Todo esto tuvo como consecuencia el enfrentamiento total de la física con la opinión general de los científicos.

A pesar de ello, Cecilia se convirtió en la primera mujer en obtener un doctorado en el área de astronomía en Harvard y su tesis doctoral fue calificada por el entonces director del observatorio de Yerkes, Otto Struve, como la «más brillante tesis doctoral escrita nunca en astronomía». Unos años más tarde, también sería la primera catedrática en esta universidad y la primera mujer en dirigir un departamento, por supuesto, el de astronomía. Todo un hito.