¿Cómo se pueden formar los espectros de absorción si los átomos no pueden permanecer en un estado excitado?

Me han encargado escribir un trabajo de investigación sobre las estrellas. Sin embargo, sé muy poco sobre física en general. Estoy aprendiendo cómo podemos obtener información sobre las estrellas analizando la luz que emiten. Entonces, primero, estoy aprendiendo cómo la luz interactúa con la materia.

Acabo de aprender sobre los átomos y el hecho de que normalmente existen en un estado conectado a tierra. Ya sea una colisión con otro átomo o la absorción de un fotón con la longitud de onda correcta puede forzar a los electrones en el átomo a alcanzar un nivel de energía más alto. El átomo está ahora en un estado excitado.

Sin embargo, los átomos no pueden permanecer en un estado excitado, ya que este estado no es estable. Entonces, 10 -6 a 10 -9 segundos más tarde, se emite un fotón debido a un nuevo excedente de energía encontrado cuando el electrón vuelve a caer a su nivel de tierra.

  • Subpregunta: ¿cuál es aquí la causa y cuál el efecto? ¿Está cayendo el electrón porque se libera el fotón? ¿O es la liberación del fotón el resultado de que el electrón es absorbido por alguna fuerza fundamental? Si este último es el caso (que sospecho), ¿cuál es esta fuerza? ¿Es esta la fuerza electromagnética?

Tengo entendido que (suponiendo que la excitación fue causada por la absorción de un fotón) el fotón que se libera tendría una longitud de onda igual al fotón que se absorbió.

Si lo anterior es cierto, estoy confundido en cuanto a cómo notamos las líneas de absorción en la luz que pasa a través de un gas.

Se afirma que los átomos en el gas absorben parte de la luz que pasa a través de ellos, pero según mi comprensión actual de la interacción, esta luz pronto se volvería a emitir. Entonces, creo que aún deberíamos ver un espectro continuo. ¿que me estoy perdiendo aqui?

El hecho de que se absorba una frecuencia no significa que se vuelva a emitir. En cambio, la energía total absorbida por un solo fotón (de alta energía) puede liberarse como múltiples fotones (de baja energía).
Los estados electrónicos pueden tener tiempos de vida de varios segundos en experimentos prácticos.

Respuestas (1)

Básicamente, las líneas de absorción existen porque los fotones absorbidos no se vuelven a emitir en la misma dirección, por lo que se pueden observar líneas oscuras. Hay varias razones que causan esto.

Por ejemplo, la energía adicional se puede disipar como fonón en un sistema sólido o de interacción fuerte. Los estados excitados también pueden emitir múltiples fotones de baja frecuencia si hay estados metaestables. Por último, incluso los átomos vuelven a emitir fotones con la misma frecuencia, la dirección de los fotones es completamente aleatoria. Por lo tanto, toda la luz reemitida se puede ignorar si el detector está lo suficientemente lejos, por lo tanto, las líneas oscuras.

ah esto tiene sentido. Por lo tanto, solo se garantiza que se liberará la misma cantidad de energía, pero su forma puede no ser un solo fotón y puede lanzarse en una dirección fuera del alcance de la lente.
Esta no es la explicación correcta (o al menos no la completa) en las estrellas. Se requiere un gradiente de temperatura para producir líneas de absorción.
@ProfRob "Se requiere un gradiente de temperatura para producir líneas de absorción", ¿puede dar más detalles sobre esto?
@ÁrpádSzendrei Si no hay gradiente de temperatura, su línea de visión termina en el material a la misma temperatura y, por lo tanto, con el mismo brillo superficial. El argumento en esta pregunta toma el caso simple de un objeto frío iluminado desde atrás por un objeto caliente (es decir, asume implícitamente un gradiente de temperatura) y donde la profundidad óptica se ajusta para que pueda ver el objeto caliente en el continuo pero no en el línea.