Nebulosa

Imagen de color real de la nebulosa Trifida, mostrando estructura compleja de gas y plasma

Una nebulosa ('nube' o 'niebla' en latín; pl. nebulosas, nebulosas o nebulosas) es una parte luminiscente distinta del medio interestelar, que puede consistir en hidrógeno ionizado, neutro o molecular y también polvo cósmico. Las nebulosas suelen ser regiones de formación estelar, como en los "Pilares de la Creación" en la Nebulosa del Águila. En estas regiones, las formaciones de gas, polvo y otros materiales se "aglomeran" se unen para formar regiones más densas, que atraen más materia y eventualmente se vuelven lo suficientemente densas como para formar estrellas. Luego se cree que el material restante forma planetas y otros objetos del sistema planetario.

La mayoría de las nebulosas son de gran tamaño; algunos tienen cientos de años luz de diámetro. Una nebulosa que es visible para el ojo humano desde la Tierra parecería más grande, pero no más brillante, de cerca. La Nebulosa de Orión, la nebulosa más brillante del cielo y que ocupa un área dos veces el diámetro angular de la Luna llena, se puede ver a simple vista, pero los primeros astrónomos la pasaron por alto. Aunque más densas que el espacio que las rodea, la mayoría de las nebulosas son mucho menos densas que cualquier vacío creado en la Tierra: una nube nebular del tamaño de la Tierra tendría una masa total de solo unos pocos kilogramos. El aire de la Tierra tiene una densidad de aproximadamente 10¹⁹ moléculas por centímetro cúbico; por el contrario, las nebulosas más densas pueden tener densidades de 10.000 moléculas por centímetro cúbico. Muchas nebulosas son visibles debido a la fluorescencia provocada por las estrellas calientes incrustadas, mientras que otras son tan difusas que solo pueden detectarse con exposiciones prolongadas y filtros especiales. Algunas nebulosas están iluminadas de forma variable por estrellas variables T Tauri.

Originalmente, el término "nebulosa" se utilizó para describir cualquier objeto astronómico difuso, incluidas las galaxias más allá de la Vía Láctea. La galaxia de Andrómeda, por ejemplo, se denominó una vez la nebulosa de Andrómeda (y las galaxias espirales en general como "nebulosas espirales") antes de que se confirmara la verdadera naturaleza de las galaxias a principios del siglo pasado. Siglo XX por Vesto Slipher, Edwin Hubble y otros. Edwin Hubble descubrió que la mayoría de las nebulosas están asociadas con estrellas e iluminadas por la luz de las estrellas. También ayudó a clasificar las nebulosas según el tipo de espectro de luz que producían.

Historial de observación

Porción de la Nebulosa Carina

Alrededor de 150 dC, Ptolomeo registró, en los libros VII-VIII de su Almagest, cinco estrellas que parecían nebulosas. También notó una región de nebulosidad entre las constelaciones de la Osa Mayor y Leo que no estaba asociada con ninguna estrella. La primera nebulosa verdadera, a diferencia de un cúmulo estelar, fue mencionada por el astrónomo persa musulmán Abd al-Rahman al-Sufi, en su Libro de las estrellas fijas (964). Observó "una pequeña nube" donde se encuentra la Galaxia de Andrómeda. También catalogó el cúmulo estelar Omicron Velorum como una 'estrella nebulosa'. y otros objetos nebulosos, como el cúmulo de Brocchi. La supernova que creó la Nebulosa del Cangrejo, la SN 1054, fue observada por astrónomos árabes y chinos en 1054.

En 1610, Nicolas-Claude Fabri de Peiresc descubrió la Nebulosa de Orión usando un telescopio. Esta nebulosa también fue observada por Johann Baptist Cysat en 1618. Sin embargo, el primer estudio detallado de la Nebulosa de Orión no se realizó hasta 1659, por Christiaan Huygens, quien también creía ser la primera persona en descubrir esta nebulosidad.

En 1715, Edmond Halley publicó una lista de seis nebulosas. Este número aumentó constantemente durante el siglo, con Jean-Philippe de Cheseaux compilando una lista de 20 (incluyendo ocho no conocidas previamente) en 1746. De 1751 a 1753, Nicolas-Louis de Lacaille catalogó 42 nebulosas del Cabo de Buena Esperanza, la mayoría de los cuales eran previamente desconocidos. Charles Messier luego compiló un catálogo de 103 "nebulosas" (ahora llamados objetos Messier, que incluían lo que ahora se sabe que son galaxias) en 1781; su interés era detectar cometas, y estos eran objetos que podrían confundirse con ellos.

El número de nebulosas aumentó considerablemente gracias a los esfuerzos de William Herschel y su hermana Caroline Herschel. Su Catálogo de mil nuevas nebulosas y cúmulos de estrellas se publicó en 1786. Un segundo catálogo de mil se publicó en 1789 y el tercero y último catálogo de 510 apareció en 1802. Durante gran parte de su trabajo, William Herschel creía que estas nebulosas eran simplemente cúmulos de estrellas sin resolver. En 1790, sin embargo, descubrió una estrella rodeada de nebulosidad y concluyó que se trataba de una verdadera nebulosidad, en lugar de un cúmulo más distante.

A partir de 1864, William Huggins examinó los espectros de unas 70 nebulosas. Encontró que aproximadamente un tercio de ellos tenían el espectro de emisión de un gas. El resto mostró un espectro continuo y, por lo tanto, se pensó que consistía en una masa de estrellas. Se añadió una tercera categoría en 1912 cuando Vesto Slipher demostró que el espectro de la nebulosa que rodeaba a la estrella Merope coincidía con el espectro del cúmulo abierto de las Pléyades. Así, la nebulosa irradia por la luz estelar reflejada.

Alrededor de 1923, después del Gran Debate, quedó claro que muchas "nebulosas" eran en realidad galaxias alejadas de la Vía Láctea.

Slipher y Edwin Hubble continuaron recolectando espectros de muchas nebulosas diferentes y encontraron 29 que mostraban espectros de emisión y 33 que tenían espectros continuos de luz estelar. En 1922, Hubble anunció que casi todas las nebulosas están asociadas con estrellas y que su iluminación proviene de la luz de las estrellas. También descubrió que las nebulosas del espectro de emisión casi siempre están asociadas con estrellas que tienen clasificaciones espectrales de B o más calientes (incluidas todas las estrellas de secuencia principal de tipo O), mientras que las nebulosas con espectros continuos aparecen con estrellas más frías. Tanto Hubble como Henry Norris Russell concluyeron que las nebulosas que rodean a las estrellas más calientes se transforman de alguna manera.

Formación

NGC 604, una nebulosa en la galaxia Triangulum

Existe una variedad de mecanismos de formación para los diferentes tipos de nebulosas. Algunas nebulosas se forman a partir de gas que ya se encuentra en el medio interestelar, mientras que otras son producidas por estrellas. Ejemplos del primer caso son las nubes moleculares gigantes, la fase más fría y densa del gas interestelar, que puede formarse por enfriamiento y condensación de gas más difuso. Ejemplos del último caso son las nebulosas planetarias formadas a partir de material arrojado por una estrella en las últimas etapas de su evolución estelar.

Las regiones de formación estelar son una clase de nebulosa de emisión asociada con nubes moleculares gigantes. Estos se forman cuando una nube molecular colapsa por su propio peso, produciendo estrellas. Pueden formarse estrellas masivas en el centro, y su radiación ultravioleta ioniza el gas circundante, haciéndolo visible en longitudes de onda ópticas. La región de hidrógeno ionizado que rodea a las estrellas masivas se conoce como región H II, mientras que las capas de hidrógeno neutro que rodean la región H II se conocen como región de fotodisociación. Ejemplos de regiones de formación estelar son la Nebulosa de Orión, la Nebulosa Roseta y la Nebulosa Omega. La retroalimentación de la formación estelar, en forma de explosiones de supernovas de estrellas masivas, vientos estelares o radiación ultravioleta de estrellas masivas, o flujos de salida de estrellas de baja masa, pueden perturbar la nube y destruir la nebulosa después de varios millones de años.

Otras nebulosas se forman como resultado de explosiones de supernovas; la agonía de muerte de estrellas masivas y de corta vida. Los materiales arrojados por la explosión de la supernova son luego ionizados por la energía y el objeto compacto que produce su núcleo. Uno de los mejores ejemplos de esto es la Nebulosa del Cangrejo, en Tauro. El evento de supernova se registró en el año 1054 y se denomina SN 1054. El objeto compacto que se creó después de la explosión se encuentra en el centro de la Nebulosa del Cangrejo y su núcleo es ahora una estrella de neutrones.

Otras nebulosas se forman como nebulosas planetarias. Esta es la etapa final de la vida de una estrella de baja masa, como el Sol de la Tierra. Las estrellas con una masa de hasta 8-10 masas solares evolucionan hacia gigantes rojas y pierden lentamente sus capas externas durante las pulsaciones en sus atmósferas. Cuando una estrella ha perdido suficiente material, su temperatura aumenta y la radiación ultravioleta que emite puede ionizar la nebulosa circundante que ha desprendido. El Sol producirá una nebulosa planetaria y su núcleo quedará atrás en forma de enana blanca.

Tipos

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  Herbig-Haro HH 161 y HH 164.

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  La nebulosa Omega, un ejemplo de una nebulosa de emisión

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  La Nebulosa Caballo, un ejemplo de una nebulosa oscura.

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  La Nebulosa Ojo del gato, un ejemplo de una nebulosa planetaria.

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  La Nebulosa del Rectángulo Rojo, un ejemplo de una nebulosa protoplanetaria.

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  La delicada cáscara de SNR B0509-67.5

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  Remanente Tycho Supernova en luz de rayos X

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  Nebulosa del Anillo Sur, Nebula Planetaria

Tipos clásicos

Los objetos llamados nebulosas pertenecen a 4 grupos principales. Antes de que se entendiera su naturaleza, las galaxias ("nebulosas espirales") y los cúmulos de estrellas demasiado distantes para ser resueltos como estrellas también se clasificaban como nebulosas, pero ya no lo son.

• H II Regiones, grandes nebulosas difusas que contienen hidrógeno ionizado
• Nebulosas planetarias
• Remanente de supernova (por ejemplo, Nebulosa de Cangrejo)
• Nebulosa oscura

No todas las estructuras similares a nubes se denominan nebulosas; Los objetos Herbig-Haro son un ejemplo.

Nebulosa de flujo

Nebulosas difusas

La Nebulosa Carina es un ejemplo de una nebulosa difusa

La mayoría de las nebulosas se pueden describir como nebulosas difusas, lo que significa que son extensas y no contienen límites bien definidos. Las nebulosas difusas se pueden dividir en nebulosas de emisión, nebulosas de reflexión y nebulosas oscuras.

Las nebulosas de luz visible se pueden dividir en nebulosas de emisión, que emiten radiación de línea espectral a partir de gas excitado o ionizado (principalmente hidrógeno ionizado); a menudo se les llama regiones H II, H II se refiere al hidrógeno ionizado) y nebulosas de reflexión que son visibles principalmente debido a la luz que reflejan.

Las nebulosas de reflexión en sí mismas no emiten cantidades significativas de luz visible, pero están cerca de las estrellas y reflejan la luz de ellas. Nebulosas similares no iluminadas por estrellas no exhiben radiación visible, pero pueden detectarse como nubes opacas que bloquean la luz de los objetos luminosos detrás de ellas; se llaman nebulosas oscuras.

Aunque estas nebulosas tienen una visibilidad diferente en longitudes de onda ópticas, todas son fuentes brillantes de emisión infrarroja, principalmente del polvo dentro de las nebulosas.

Nebulosas planetarias

La Nebulosa Oyster es una nebulosa planetaria situada en la constelación de Camelopardalis

Las nebulosas planetarias son los restos de las etapas finales de la evolución estelar de las estrellas de masa media (que varían en tamaño entre 0,5 y ~ 8 masas solares). Las estrellas de ramas gigantes asintóticas evolucionadas expulsan sus capas externas hacia el exterior debido a los fuertes vientos estelares, formando así capas gaseosas y dejando atrás el núcleo de la estrella en forma de enana blanca. La radiación de la enana blanca caliente excita los gases expulsados, produciendo nebulosas de emisión con espectros similares a los de las nebulosas de emisión que se encuentran en las regiones de formación estelar. Son regiones H II, porque la mayor parte del hidrógeno está ionizado, pero los planetarios son más densos y compactos que las nebulosas que se encuentran en las regiones de formación estelar.

Las nebulosas planetarias recibieron su nombre de los primeros observadores astronómicos que inicialmente no podían distinguirlas de los planetas y tendían a confundirlas con los planetas, que les interesaban más. Se espera que nuestro Sol genere una nebulosa planetaria unos 12 000 millones de años después de su formación.

Nebulosa protoplanetaria

La Nebulosa de Westbrook es un ejemplo de una nebulosa protoplanetaria ubicada en la constelación de Auriga

Una nebulosa protoplanetaria (PPN) es un objeto astronómico en el episodio de corta duración durante la rápida evolución estelar de una estrella entre la fase de rama gigante asintótica tardía (LAGB) y la siguiente fase de nebulosa planetaria (PN). Durante la fase AGB, la estrella sufre una pérdida de masa, emitiendo una capa circunestelar de gas hidrógeno. Cuando esta fase llega a su fin, la estrella entra en la fase PPN.

El PPN recibe energía de la estrella central, lo que hace que emita una fuerte radiación infrarroja y se convierta en una nebulosa de reflexión. Los vientos estelares colimados de la forma de la estrella central y golpean la capa en una forma axialmente simétrica, mientras producen un viento molecular de movimiento rápido. El punto exacto en el que una NPP se convierte en nebulosa planetaria (PN) está definido por la temperatura de la estrella central. La fase PPN continúa hasta que la estrella central alcanza una temperatura de 30 000 K, después de lo cual está lo suficientemente caliente como para ionizar el gas circundante.

Remanentes de supernova

La Nebulosa Cangrejo, un ejemplo de un remanente supernova

Una supernova se produce cuando una estrella de gran masa llega al final de su vida. Cuando se detiene la fusión nuclear en el núcleo de la estrella, la estrella colapsa. El gas que cae hacia adentro rebota o se calienta tanto que se expande hacia afuera desde el núcleo, lo que hace que la estrella explote. La capa de gas en expansión forma un remanente de supernova, una nebulosa difusa especial. Aunque gran parte de la emisión óptica y de rayos X de los restos de supernova se origina en gas ionizado, una gran parte de la emisión de radio es una forma de emisión no térmica llamada emisión de sincrotrón. Esta emisión se origina a partir de electrones de alta velocidad que oscilan dentro de campos magnéticos.

Ejemplos

Cierra sobre el brazo de Orión, con grandes asociaciones estelares (amarillo), nebulosa (rojo) y nebulosa oscura (verde) alrededor de la burbuja local.

Catálogos

• Gum catálogo
• RCW Catálogo
• catálogo Sharpless
• Messier Catalogue
• Caldwell Catalogue
• Abell Catalog of Planetary Nebulae