Si imaginamos un objeto formado por gas hidrógeno que es ópticamente grueso para toda la radiación y está en equilibrio térmico, entonces, microscópicamente, los fotones se emitirán y absorberán como líneas de emisión/absorción.
Sin embargo, el objeto en general debe emitir radiación de acuerdo con la Ley de Planck , que describe la intensidad como una función continua de la longitud de onda (y la temperatura).
¿Cómo ocurre esto y de dónde provienen originalmente los fotones que detectamos en longitudes de onda entre líneas espectrales de hidrógeno?
El gas hidrógeno no es un átomo de hidrógeno. Durante algunas colisiones atómicas, uno tiene sistemas más complicados que solo un átomo de hidrógeno, es decir, tienen espectros de emisión/absorción más complicados. Además, hay un ensanchamiento Doppler de las líneas que difumina las líneas nítidas. Pero la razón principal es, por supuesto, la creación (temporal) de configuraciones complejas multiatómicas (e incluso de plasma) con un espectro más rico. En un objeto grueso hay un número suficiente de tales sistemas complejos.
Creo que hay una simple contradicción en la pregunta: o defines tu objeto como un cuerpo negro que absorbe y emite todas las longitudes de onda o hablas de líneas espectrales.
El hidrógeno no es un cuerpo negro. Si lo imaginas así, no te sorprendas si llegas a conclusiones contradictorias.
Probablemente te refieres a un gas de átomos hipotéticos que solo pueden interactuar con fotones a una frecuencia determinada, es decir, átomos con el único nivel de energía de excitación.
Si dicho átomo excitado tiene una vida útil finita, lo que parece necesario, esto significa automáticamente que su nivel de energía tiene un ancho distinto de cero. Y esto significa, a su vez, que el gas absolutamente frío emitirá una línea de ancho distinto de cero.
Mientras entran en equilibrio con la radiación, tales átomos se mueven como resultado de la propulsión de fotones. Cuantos más actos de propulsión, más movimientos caóticos. Finalmente, dicho gas estará en equilibrio con la radiación solo cuando su ensanchamiento Doppler de las líneas de emisión alcance la situación en la que todas las líneas ensanchadas superpuestas coincidirán con el espectro de Planck.
Para ser un cuerpo negro perfecto, un objeto debe ser opaco (ópticamente grueso) a la radiación en todas las longitudes de onda.
Si plantea la hipótesis de un material que solo absorbe/emite en longitudes de onda discretas, nunca podrá emitir un espectro de cuerpo negro, ya que no existe un mecanismo para emitir radiación fuera de esas líneas discretas.
En la práctica, por supuesto, el gas de hidrógeno atómico a cualquier temperatura distinta de cero tendrá cierta opacidad en todas las longitudes de onda; por ejemplo, existe una probabilidad distinta de cero de que cualquier átomo se ionice y luego existe la posibilidad de radiación de recombinación cuando un electrón libre se combina con un átomo de hidrógeno para formar un H ion o bremsstrahlung si acelera en el campo eléctrico de un protón. Los procesos inversos proporcionan una opacidad continua. O bien, las alas de las líneas de transición atómica proporcionan una opacidad pequeña, pero distinta de cero, ya sea debido al ensanchamiento natural de la línea o al Doppler y al ensanchamiento de la presión. Si esto podría dar como resultado una radiación de cuerpo negro dependería de si el hidrógeno era físicamente grueso y lo suficientemente denso como para ser ópticamente grueso en todas las longitudes de onda relevantes.
Este mecanismo y su reverso son en gran parte responsables de la opacidad continua en la fotosfera solar y por qué el espectro del Sol puede aproximarse (bastante pobremente en realidad) como un espectro de cuerpo negro.
Nikolaj-K
qmecanico