Las nebulosas

La palabra nebulosa deriva del griego nebula, que significa niebla o nube. El término se utilizó por primera vez para describir a cualquier cuerpo que estuviera de nuestro sistema solar y que presentara una apariencia difusa, en lugar de una imagen puntual como la de una estrella.

Una de las nebulosas mas conocidas: M42, una de las pocas visibles a simple vista.

Desafortunadamente no todos los cuerpos difusos del cielo están relacionados entre sí. Por ejemplo, caían en la clasificación de nebulosas tanto los cúmulos globulares, galaxias distantes así como las nubes interestelares.


Actualmente el término sólo se utiliza para denominar a éstas últimas, ya que ni las galaxias ni los cúmulos globulares resultaron ser nubes.

A pesar de ser muy numerosas y poder ser estudiadas por millares con la ayuda de telescopios potentes, presentan grandes dificultades de observación porque muchas carecen de luz propia y la materia de que están constituidas es extremadamente difusa. Los gases que las forman (sobre todo hidrógeno y helio) presentan concentraciones que van desde 1 hasta 1 millón de átomos por centímetro cúbico, mientras que el polvo que contienen (elementos pesados y moléculas complejas) presenta densidades aún más bajas.

Una de la mejores imagenes  artísticas de la Via Lactea, vista desde arriba. Cerca del núcleo, una barra, cruzada por unas lineas oscuras, son nebulosas de absorción. Las manchas rojizas, en los brazos, son nebulosas de emisión. Note que los brazos son azules (estrellas jóvenes) y el centro y la barra rojizos (estrellas viejas).

A pesar de eso, estas concentraciones tan bajas de materia interestelar poseen una cantidad suficiente de átomos luminiscentes y de granos de polvo capaces de reflejar la luz como para poder ser fotografiadas empleando emulsiones muy sensibles y con tiempos de exposición muy prolongados o actualmente con CCDs o cámaras digitales.

Prácticamente todas las nebulosas son demasiado tenues para ser percibidas a simple vista. En general no son objetos fáciles de observar con telescopios pequeños, ya que su tenue y difuso brillo exige un cielo oscuro.

Como resultado, las nebulosas se pueden clasificar hoy en día en dos grupos separados; por un lado las nebulosas brillantes y las nubes oscuras, relacionadas íntimamente con el nacimiento de estrellas. Y por otro lado las nebulosas planetarias y los remanentes de supernovas, que son el resultado de las etapas finales de vida de una estrella.

Hace más de dos siglos, William Herschel, descubridor de Urano y uno de los astrónomos más notables, observó una nueva clase de formaciones celestes. Su hijo, John Herschel, estudió en lo más profundo del cielo meridional, justo al lado de la Cruz del Sur, una oscuridad tan profunda que ahora recibe el nombre de Saco de Carbón.

Los Herschel habían encontrado las nebulosas oscuras, nubes espesas de gas y polvo, sin estrellas cercanas que iluminar, que ocultan otros elementos. Generalmente, pueden verse en contraste con las estrellas de la Vía Láctea o con el gas brillante de otros tipos de nebulosas.

NEBULOSAS OSCURAS
Las nebulosas oscuras son grandes nubes moleculares densas, obscuras y frías. Como son gigantescas nubes negras, sería lógico pensar que son todas invisibles, pero muchas de ellas se hacen evidentes al estar frente a una nebulosa brillante o un conglomerado muy denso de estrellas.

Estas nebulosas son poco o nada luminosas, que se representan como una mancha oscura, a veces rodeada por un halo de luz. La razón por la que no emiten luz por si mismas es que las estrellas que hay detrás se encuentran a demasiada distancia para calentar la nube.

Una de las nebulosas oscuras mas cercanas y por lo tanto de mayor tamaño aparente es el famoso "Saco de Carbón", visible en esta foto a la izquierda de la Cruz del Sur, y practicamente de su tamaño.

Las densidades típicas de estas nubes varían de unos miles a millones (o incluso más) de moléculas por centímetro cúbico. Y justamente en las más profundas y densas regiones de las nebulosas oscuras, es donde la materia se condensa para dar origen a las estrellas. Este tipo de nebulosas no poseen ninguna estrella cercana que le proporcione luz, por lo que en contraste con el fondo iluminado, parecen agujeros estelares. Obstruyen la luz procedente del fondo, dando la sensación que hay porciones del espacio que se encuentran vacías.

Una de las más cercanas y por lo tanto, más grandes aparentemente en el cielo es el famoso “Saco de Carbón” visible desde el hemisferio sur, desde cielos oscuros, cerca de la Cruz del Sur. (ver foto arriba. Esta a la izquierda de Cruz, y prácticamente de su tamaño).

Proyección de Aitoff de la Vía Láctea, vista desde la Tierra. En el centro de la imagen  Sagitario, el centro de nuestra galaxia. Pueden ver las zonas oscuras, que son nebulosas de absorción. 

Estas nubes son tan densas, que en su interior se encuentran las denominadas NUBES MOLECULARES, zonas tan profundamente ubicadas, que son protegidas de las radiaciones de alta energía interestelar, y permiten la existencia de moléculas tan complejas como aminoácidos. Se detectan únicamente por ondas de radio.

La galaxia del Sombrero, donde pueden verse claramente las nebulosas de absorción en el plano.

A pesar de su baja densidad, son tan grandes que pueden absorver mas de 25 magnitudes.

NEBULOSAS BRILLANTES
Las nebulosas brillantes o luminosas, como su nombre lo indica y al contrario de las nebulosas opacas, son brillantes. Estas nebulosas brillantes se dividen en nebulosas de emisión y de reflexión.

NEBULOSAS DE EMISIÓN


Las nebulosas de emisión están compuestas por hidrógeno ionizado -átomos separados en núcleos positivos (+H) y electrones libres (-e)- por una o más estrellas cercanas. La estrella debe pertenecer a las clases espectrales O u B, (las más masivas y calientes) para ser capaz de producir un nivel de radiación lo suficientemente alto como para ionizar el hidrógeno.

Nebulosa California.

Este tipo de nebulosa que brilla por la emisión de luz que se produce cuando los electrones se recombinan con protones para formar átomos de hidrógeno.
El electrón recombinado, emite un fotón de luz roja. Cuando muchos átomos hacen esto a un mismo tiempo, la nebulosa toma un color rojo. Este tipo de nebulosas se crea cuando la energética luz ultravioleta procedente de estrellas calientes, "excita" a una nube de hidrógeno, y despoja a los electrones del átomo (ionización). Los electrones libres pueden así comenzar el proceso de recombinación. Un ejemplo típico es la Nebulosa California.

Las nebulosas de emisión están normalmente en los lugares de formación de estrellas.
Este fenómeno, en el que un átomo transforma un fotón en varios fotones de longitud de onda mayor, y fundamentalmente la radiación ultravioleta en luz visible, se llama fluorescencia. Las nebulosas que son visibles por fluorescencia, se denominan nebulosas de emisión. También, y particularmente en astrofísica, se denominan regiones HII (hidrógeno ionizado). Estas regiones sólo se pueden dar en las cercanías de estrellas muy calientes, es decir, con una temperatura superficial superior a los 20.000 grados centígrados, de tipo espectral O-B.

Poseen un color más intenso que el resto de las nebulosas. Esto se debe a que en su interior hay estrellas en formación y estrellas muy jóvenes, las cuales le brindan a la nebulosa suficiente luz para brillar. Para ejemplificarlo mejor, estas nebulosas son como veladores. La pantalla es la nebulosa, y los focos, las estrellas. Los colores característicos de estas nebulosas son los ubicados en la gama del rojo y los ocres.

Globulos de Bok en IC 2944.

Esta nebulosa posee varias manchas pequeñas oscuras, a las que Bart Bok, un astrónomo holandés, identificó como glóbulos en las que se forman nuevas estrellas, En este tipo de nebulosas es donde se originan las estrellas. En general, Estos glóbulos son muy masivos ( entre 2 y 50 masas solares) por lo que terminan formando estrellas dobles o cúmulos abiertos.

NEBULOSAS DE REFLEXION

Es un tipo de nebulosa, que luce debido a la luz reflejada en ella. Las estrellas brillantes, cercanas a la nebulosa de reflexión, emiten luz en la región que es reflejada por el polvo y gas existente allí. El tamaño de los granos de polvo, hace que el color azul se refleje con más facilidad que el rojo, por lo que este tipo de nebulosas suelen presentarse en color azul.

Nebulosa de reflexion asociada al Cumulo de las Pleyades.

Las nebulosas de reflexión son nubes de polvo que simplemente reflejan la luz de una o varias estrellas cercanas. Son normalmente lugares de formación de estrellas Suelen ser azules porque la dispersión es más eficiente para la luz azul.

Las nebulosas de emisión y reflexión suelen verse juntas y están normalmente relacionadas con las nebulosas difusas. Un ejemplo magnifico es la Nebulosa Trífida (M20), que analizaremos en detalle al final.

La luz de estas estrellas es reflejada por los granos microscópicos de polvo que la constituyen. Como estas partículas reflejan mejor las longitudes de onda más cortas del espectro (azules y violetas), las nebulosas de reflexión tienden a tener un color blanco azulado. El gas en la nebulosa de reflexión es muy frío y la nebulosa en si no sería visible de no ser por la luz que refleja. De hecho estas nebulosas vistas del otro lado serían como Nebulosas Oscuras.

Una misteriosa luminiscencia azul y oscuras columnas de polvo iluminan M78, una de las nebulosas de reflexión más brillantes del cielo. M78 es visible con un pequeño telescopio en la constelación de Orión. El polvo no solo absorbe la luz. También refleja la luz de varias estrellas azules brillantes que se han formado recientemente en la nebulosa.

M78 - Nota la nebulosa obscura que pasa verticalemente a la derecha del centro de la imagen.

La estrella relacionada con una nebulosa de ref1exión pertenece siempre a una clase espectral no más temprana que B1, pues de lo contrario ocurrirían los procesos de fluorescencia en el gas que esta mezclado con el polvo de la nebulosa.

El estudio de la dispersión que sufre la luz de la estrella en las nebulosas de reflexión ha llevado a la conclusión de que las partículas de polvo interestelar están compuestas por silicatos, grafitos y metalosilicatos. Ejemplo de este tipo de nebulosa es la Nebulosa de las Pleyades, donde la estrella Merope aparece rodeada por una hermosa aureola propia de este tipo de nebulosas. Aunque invisible sin telescopio, en una noche clara se puede atisbar esta tenue nebulosidad azul utilizando un instrumento no demasiado potente. En efecto, la luz difusa procedente de estas nebulosas presenta un espectro característico, con líneas de absorción análogas a las de las estrellas de las que procede su brillo.

Un ejemplo: La Nebulosa Trífida (M20):

La realidad es que estas nebulosas están mezcladas, y muchas veces en una sola región conviven varios de sus tipos.

En M20 se pueden ver estas estructuras. En la capa 1, se ve la nebulosa de emisión (rojiza), excitada por un pequeño cúmulo de estrellas jóvenes muy calientes. Inclusive tiene una forma “circular” debido a que la distancia hasta donde estas estrellas pueden excitar los átomos es la misma en todas direcciones.
La Capa 2 contiene una estrella mas fría, que esta por delante de la nebulosa, dejando visible la nebulosa de reflexión, de color azul. Note que aunque están en dos capas diferentes, la nebulosa es toda la misma. Finalmente, se encuentra la Capa 3, con la nebulosa que esta por delante de las otras, y no tiene estrellas cercanas para interactuar. Es la de absorción, que le da el nombre a M20.