La luz que emiten los átomos se compone de longitudes de onda específicas, llamadas líneas; observado por un espectroscopio, las líneas son, colectivamente, espectros atómicos.
Con más detalle …
En un átomo, los electrones tienen energías específicas y discretas. Cuando un electrón pasa ("salta") de un nivel de energía a otro, emite (si va de un nivel superior a uno inferior) o absorbe (viceversa) luz, un fotón, con una longitud de onda específica y discreta. En cualquier conjunto de condiciones (presión, temperatura, intensidad de campo magnético, etc.), la colección de todas esas longitudes de onda específicas es el espectro del átomo ... ¡así que los espectros atómicos son los espectros de los átomos!
Como los niveles de energía de electrones atómicos son únicos para cada elemento, las líneas en un espectro (emisión o absorción) pueden usarse para identificar los elementos presentes en la fuente (una estrella, por ejemplo) o gas entre la fuente y nosotros (por ejemplo, el interestelar medio). Por supuesto, para un objeto extragaláctico, un quásar, tal vez, necesita más de una línea para hacer una cierta identificación ... porque el universo se está expandiendo (y por lo tanto, no sabe cuánto puede haberse desplazado una sola línea hacia el rojo).
Las transiciones electrónicas de luz producidas en los átomos pueden no estar en la parte visual del espectro electromagnético, pero para los átomos que son neutros o que han perdido solo uno o dos electrones (¡sí, los 'espectros atómicos' también se refieren al espectro lineal de iones!) , la mayoría de las líneas están en UV, visual o infrarrojo cercano. Para átomos altamente ionizados, las líneas se encuentran en la región extrema de rayos UV o rayos X.
Como la intensidad relativa de las líneas en un espectro atómico varía con la temperatura, el análisis de las líneas en el espectro de una estrella (por ejemplo) puede dar una estimación de la temperatura de la superficie de la estrella (fotosfera). El ancho de las líneas depende de la presión del gas; la estructura de las líneas depende de la intensidad del campo magnético; el ... (se entiende): ¡los espectros atómicos son una ventana maravillosa a las condiciones físicas de lugares muy, muy lejanos!
¿Buscando por mas? Esta página web de la Universidad de Oregon tiene una buena y breve descripción de los espectros atómicos; y los modelos y espectros atómicos del Laboratorio de Física cubren tanto el contexto histórico como un poco más de la teoría.
Como los espectros atómicos juegan un papel tan vital en la astronomía óptica, ¡no es de extrañar que haya tantos artículos de la revista Space que involucren espectros atómicos! Aquí hay una selección aleatoria: Nuevo estudio encuentra que la fuerza fundamental no ha cambiado con el tiempo, Spitzer descubre la región de formación de galaxias tempranas y la extraña nebulosa alrededor de Eta Carinae.
El episodio de Astronomy Cast Energy Levels and Spectra tiene que ver con espectros atómicos. Otros episodios del elenco de Astronomía que vale la pena escuchar, con respecto a los espectros atómicos, incluyen Astronomía óptica y En busca de otros mundos.
Fuentes:
GSU Hiperfísica
NIST
