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FAUNA EXTRA-SOLAR (I): Nebulosas Planetarias

Las Nebulosas Planetarias

German Peris Luque

 

Si lo que llevamos explorado de nuestro sistema solar nos parece exótico, ciertamente la riqueza en objetos extraños de formas, colores,  naturalezas y orígenes muy diferentes fuera de nuestro sistema solar, es realmente sorprendente.

 

En las dos ultimas décadas, las nuevas técnicas de detección junto con el desarrollo de nuevos dispositivos de detección, y sobre todo gracias a los nuevos telescopios entre los que destacan los telescopios espaciales, nos están ofreciendo las más bellas y sorprendentes imágenes captadas nunca en la historia de la astronomía.

 

Vamos a ocuparnos de describir que es lo que nos encontramos ahí fuera, y empezaremos por las nebulosas planetarias, que a la postre y en una primera aproximación serían aparentemente lo más parecidos a los discos planetarios que observamos con nuestros telescopios de aficionados.

 Ring_Nebula

Es curioso que en el conocido catalogo recopilado por Charles Messier (1730-1817) en su infatigable búsqueda de cometas, sólo se topara con cuatro de estos objetos, de un total de 110 que reunió.

 Charles_messier

 Estas cuatro nebulosas planetarias son bien conocidas entre los astrónomos amateurs; Messier 27 (La Dumbel en la vulpécula), Messier 57 (La anular de Lira), Messier 97 (la Lechuza, en Osa Mayor) y M76 (la pequeña Dumbell en Perseo), y podríamos concluir al realizar una observación con cualquier modesto telescópico dos cosas; son de apariencia esférica tenue y además son evidentemente escasas.

 

Estas dos simples observaciones del muestreo de planetarias del pequeño catalogo Messier, como veremos más adelante, nos va a decir mucho sobre la naturaleza de estos objetos, auténticos fantasmas del espacio.

 

William Herschel (1738-1822) fue un astrónomo contemporáneo  a Messier, entre cuyos logros más destacables esta el descubrimiento el 13 de marzo de 1781 de un nuevo planeta en la constelación de Géminis, con su modesto reflector de 15 cm. El planeta no era otro que Urano, si bien el denominó “planeta del Rey Jorge” en homenaje el rey Jorge III de Inglaterra, no fue hasta entrado el siglo XIX que se propuso (Bode) que el nombre del nuevo descubrimiento siguiera la secuencia genealógica de la nomenclatura mitológica de los planetas, y por tanto pasará a denominarse Urano.

 NPG 98, Sir William Herschel

Sin embargo, William Herschel conoció la existencia del catalogo de Messier y se propuso, ayudado por su hermana Carolin y mediante la construcción de telescopios de mayor diámetro, dedicarse al estudio de estos objetos de cielo profundo a partir de agosto de 1782.

 

En sólo un mes ya sabía que Messier sólo había recogido una pequeña muestra de objetos de cielo profundo, por lo que inició la recolección de datos acerca de los nuevos objetos. Su primer objeto descubierto fue NGC7184 en Acuario, y en poco más de un año su catalogo ya alcanzaba los 1000 objetos. En los tres años siguientes descubrió 1000 más, y en total alcanzó los 2514 objetos en una veintena de años observando.

 

Herschel se percató de las diferentes naturalezas de los objetos de cielo profundo. Algunas eran evidentes como los cúmulos estelares abiertos y globulares. Otros eran conflictivos, como las nebulosas espirales, de las que ya pensó que podrían tratarse de Universos Islas (teoría adelantada por Emmanuel Kant) como nuestra Vía Láctea. Pero otros objetos eran extraños, no se trataba de nebulosas difusas y amorfas, si no de objetos nebulosas circulares. Herschel acuñó el término de “Nebulosa Planetaria” para estos objetos tras contemplar NGC7662 o NGC 7009, por la similitud a un borroso y lejano disco de un planeta.

 

Algunos contemporáneos sugirieron que eran cúmulos globulares tan lejanos que no era posible resolverlos en estrellas, pero la observación de algunos objetos, como NGC 1514 en la que era posible distinguir una estrella en el centro de la nebulosa, ya llevaron a Herschel a pensar en su naturaleza gaseosa.

 

Fraunhofer y Secchi habían empezado a aplicar la incipiente espectroscopia, o análisis espectral, al Sol y a las estrellas. El estudio de las líneas de absorción presentes en los espectros estelares permitía usarse para conocer la composición química de la estrella, pues cada elemento presente es responsable de un patrón único, una huella dactilar.

    NGC6543

    Cuando se aplicaron estas técnicas a las nebulosas brillantes (William Huggins 1864 a NGC 6543), se observó que algunos objetos como por ejemplo la gran nebulosa de Andrómeda, devolvía espectros que hacían pensar en una naturaleza estelar, sin embargo otros objetos como las nebulosas planetarias, devolvían espectros diferentes; sólo unas pocas líneas de emisión y muy marcadas que no se correspondían con el patrón de ningún espectro de elementos presentes en la Tierra (así por ejemplo se descubrió en 1868 la presencia del Helio en el Sol).

 

Este elemento observado en estas nebulosas se le denomino “nebulio”. En realidad hubo que esperar, entrado el S XX, a que estas líneas se identificaran con el Oxigeno en un entorno muy rarificado que provocan lo que en espectroscopia se conocen como “líneas prohibidas” y que responde al oxigeno triplemente ionizado, en adelante OIII.

 

El 95% de las líneas de emisión se sitúan en la banda de los 5007 Angstroms, esto es zona verde del espectro. Este efecto curioso provoca que las nebulosas planetarias sean objetos sensibles para nuestros ojos en observación visual pues el pico de sensibilidad de nuestro ojo se sitúa en torno a los 5500 Angstroms, cerca del OIII y que la observación fotográfica de las mismas no sea tan diferente y espectacular como con el resto de nebulosas.

 NGC6751

Bien, hasta aquí conocemos algo a cerca de su naturaleza y composición, pero cabría preguntarse ahora por su origen y por su abundancia. ¿Por qué vemos tantas nebulosas y galaxias y tan pocas nebulosas planetarias? ¿Por qué tienen la forma geométrica de un disco? ¿Qué fenómeno puede provocar estas formas tan curiosas?

 

Las nebulosas planetarias son, por contra a las nebulosas brillantes, los signos de la muerte de las estrellas. Una nebulosa planetaria se forma en los últimos estadios de la evolución estelar de gran parte de las estrellas de la secuencia principal. Tan sólo estrellas muy masivas, por encima de un cierto límite de masa, no se ven arrojados al final típico que mostrara un bello fantasma nebuloso en el cielo.

 

Una estrella tipo solar pasa varios miles de millones de años brillando gracias a la fusión del hidrogeno. Esta presión de radiación contrarresta el propio peso de las capas de la estrella, manteniéndola en equilibrio. Sin embargo cuando se agota el combustible nuclear, el núcleo se contrae y calienta, formándose una estructura de capas que intenta mantener el equilibrio hidrostático. Las capas más externas se expanden debido al enfriamiento mientras el núcleo se contrae, en un intento de mantener la estabilidad.

 

La estrella tardará poco en entrar en una fase de expansión y contracción en algunas de sus capas, aumentándose la temperatura en el núcleo lo que provocará, a unos 600 millones de grados, la fusión del carbono, mientras que la capa más externa de fusión del Helio se expande y enfría produciendo pulsaciones que pueden provocar que las capas más externas se vean eyectadas al espacio.

 

El centro de la estrella, que formará una enana blanca, continua siendo un objeto extremadamente caliente con temperaturas superficiales de 30.000 grados y temperaturas nucleares de 25 millones de grados,  que producen gran cantidad de energía ultravioleta capaz de ionizar las capas que han sido eyectadas. Estas capas al ser ionizadas, emiten luz siendo visible como una nebulosa planetaria.

 

Si este es uno de los pasos finales de las estrellas tipo Sol, podríamos pensar que nuestra galaxia debería estar poblada de este tipo de objetos, pues ya ha habido al menos una generación estelar que ha llegado a su fin. Sin embargo esto contradice el número de objetos de este tipo detectados, apenas unas 1500 nebulosas planetarias.

La explicación puede ser sencilla. El proceso durante el cual se forma una nebulosa planetaria es relativamente corto en comparación con el ciclo completo de la vida de la estrella. Se calcula que son apenas unos 1000 años los que tardan en formarse una nebulosa planetaria, y las capas exteriores de la estrella, que son visibles por la ionización de la estrella central –una enana blanca extremadamente caliente-, escaparan a una alta velocidad, de forma que ese alejamiento provoca que en sólo unos 10.000 o 20.000 años los gases estén lo suficientemente lejos de la estrella, quizás un par de años luz,  para que ya no sean ionizados y por tanto se vuelvan invisibles.

 IC4406

Por tanto, estos fantasmas estelares son visibles durante poco tiempo respecto a la vida de una estrella, y la corta vida de una persona debe de tener la suerte de “coincidir” temporalmente con la visibilidad de estos restos.

 

Respecto a su morfología hemos dicho que son mayormente con simetría esférica como cabe esperar a unas capas estelares eyectadas al vacío. El hecho de que algunas se vean como rosquillas es exclusivamente efecto de la perspectiva. Sin embargo también existen otras morfologías menos abundantes y llamativas, como las simetrías bipolares y que deben de responder a interacciones con otros objetos cercanos.

Imagenes; Wikipedia/HST Team.

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