De la Nebulosa Mutara y las verdaderas

Todo buen fan de Star Trek seguramente disfrutó la épica batalla, tipo destructor vs submarino de la Segunda Guerra Mundial, entre la Enterprise y la Reliant en Star Trek II: The Wrath of Khan. Así pues, la lucha estuvo bien lograda, los efectos muy buenos, y los héroes de la Flota le ganaron a los chicos malos… con una baja muy sensible para los de la Enterprise. Hasta allí todo sin novedad. Sin embargo, hay un detalle de índole astronómico que llama la atención: las nebulosas son objetos sumamente extensos y en la película da la impresión de que está, como decimos en Venezuela, “ahí mismito”. No está de más agregar que la Enterprise y la Reliant ingresan y salen del ámbito de la nebulosa Mutara como si se tratase de un planeta… desplazándose a velocidad de impulso (mucho menor que la velocidad de la luz). Incluso, si se moviesen a algún factor Warp tardarían cierto tiempo en recorrerla.

Es claro que por ser una película, la duración de la batalla ha de ceñirse al tiempo promedio de un largometraje, y no siempre se consideran tales detalles de “realismo” o “la realidad”, si el lector lo prefiere. Ello no es problema de este film solamente, sino de la mayoría de aquellos que muestran temas de ciencia-ficción y Astronomía.

Considerando ahora el tema de las nebulosas, veamos algunos aspectos interesantes acerca de las mismas.

¿Qué es una nebulosa?

Para hablar de nebulosa es menester considerar primero lo que es el medio interestelar, es decir, el ámbito entre las estrellas que está ocupado por el gas y el polvo entre ellas. El gas interestelar, hasta donde se conoce, está formado fundamentalmente por hidrógeno (el elemento más simple y abundante en el Universo); tal gas tiende a aglomerarse en nubes y se ha encontrado que en diferentes lugares contiene átomos neutros, átomos ionizados, moléculas y electrones libres; también se sabe que hay zonas donde el gas es más caliente. El gas es muy tenue, tanto, que la separación entre los átomos que lo forman está en el orden de 100 millones de veces el tamaño de los átomos mismos. A pesar de la gran separación ¡el gas es capaz de formar estrellas!

Por otra parte, el polvo es escaso. Se estima que hay ¡una partícula de polvo en cada millón de metros cúbicos! El polvo es una mezcla de elementos que podemos encontrar en sustancias comunes (hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno), silicatos, grafito y metales como el hierro; inclusive, se han detectado compuestos orgánicos. En el material interestelar el polvo representa aproximadamente… el 1%. Aun así, es capaz de interferir con la luz emitida por los distantes soles, y su estudio es clave en la comprensión del mecanismo de nacimiento de las estrellas.

Dicho lo anterior, podemos entonces, definir lo que es una nebulosa: una nube de gas (hidrógeno principalmente) polvo, y otros gases ionizados que se encuentra en el medio interestelar de las galaxias. En cuanto a su apariencia, la mayoría de las nebulosas muestran formas irregulares, con la excepción de las nebulosas planetarias, las cuales semejan una suerte de anillo en torno a una estrella enana blanca, según se aprecian desde La Tierra.

Un poco de historia.

En la antigüedad la naturaleza de las nebulosas era confusa, lo cual se hace evidente en la forma como eran catalogados tales objetos: “estrellas difusas”. Hacia el año 150 DC, en su opus monumental El Almagesto, el astrónomo egipcio Claudio Tolomeo menciona 5 estrellas que aparecían difusas. El astrónomo persa Abd al-Rahman al-Sufi hizo la primera mención de la nebulosa de Andrómeda en 964 DC en su obra El Libro de las Estrellas Fijas, destacándola como “una pequeña nube”. De igual manera, calificó erróneamente al cúmulo abierto Omicron Velorum como “estrella nebulosa”. Es necesario aclarar que estos observadores no disponían de telescopios, razón por la cual se comprende su confusión.

No fue hasta la aplicación del telescopio a las observaciones del firmamento, a comienzos del siglo 17, que comenzó a diferenciarse mejor tales objetos. El astrónomo francés Nicolás-Claude Fabri de Peiresc, descubrió la nebulosa de Orión en 1610 empleando dicho instrumento. El también galo Nicolás Louis de Lacaille elaboró un catálogo de nebulosas entre 1751 y 1753, el cual contenía 42 de ellas. Pero quizá el catálogo más famoso sea el configurado por el astrónomo francés Charles Messier entre 1774 y 1781, con un total de 103 objetos. Messier era un avezado cazador de cometas, llegando a descubrir 13 de ellos. Frustrado por la confusión que generaban los objetos difusos con los cometas, este observador decidió crear un catálogo para evitar errores en ulteriores descubrimientos. Es así que la colección incluía lo que ahora se denominan nebulosas planetarias, nebulosas difusas, galaxias, cúmulos abiertos y cúmulos globulares. Conviene añadir que dicho catálogo no estaba organizado por ubicación o tipo de objeto, e incluía solamente aquellos comprendidos entre los 90 grados de declinación boreal y los 36 grados de declinación austral, dado el sitio de observación desde el cual fue elaborado (Francia).

A mediados del siglo 20 se descubrió un conjunto de 7 objetos que fueron incluidos en el catálogo, mismos que fueron observados por Messier y su asistente Pierre Méchain, después de ser publicada la versión final. La designación de los “objetos Messier” incluye una M antes del número que lo identifica, por ejemplo, M1 (nebulosa del Cangrejo). El total definitivo es de 110.

El astrónomo inglés William Herschel y su hermana Caroline, también hicieron una importante contribución: 3 catálogos con más de 2.500 nebulosas entre 1786 y 1802.

No fue hasta la aplicación del análisis espectroscópico en la Astronomía, a mediados del siglo 19, que se pudo conocer mejor las características de las nebulosas. De esta forma, al identificar espectros de absorción, emisión y continuos, se pudo diferenciar nebulosas de cúmulos de estrellas, y eventualmente, descubrir que muchos de esos objetos difusos no eran nebulosas, sino “islas-universos” (galaxias) ubicadas fuera de la Vía Láctea, nuestra propia galaxia. Ello tuvo, sin duda, un profundo efecto en nuestra comprensión del Universo.

Las imágenes anteriores permiten ilustrar el análisis espectroscópico. 1 .El Espectro Continuo resulta de la descomposición de la luz (p. e. un bombillo incandescente). Los colores corresponden al conjunto de longitudes de onda que la integran. 2. Cuando se aprecia un conjunto de líneas brillantes (Líneas de Emisión) se trata de emisiones en algunas longitudes de onda de elementos químicos en estado gaseoso y sometidos a altas temperaturas. Cada elemento tiene su huella espectral particular. 3. Si se hace pasar la luz a través de una sustancia antes de atravesar el prisma, sólo pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por dicha sustancia y obtendremos el espectro de absorción de ella (Líneas de Absorción). Un elemento muestra en un espectro de absorción las mismas líneas que es capaz de emitir.

Tipos de Nebulosas.

La clasificación de las nebulosas puede presentar pequeñas diferencias (según el criterio de quienes lo hagan), pero en general se puede establecer lo siguiente:

Nebulosas Oscuras.

Esta categoría incluye las nubes moleculares, las cuales son densas y frías. Su aspecto es el de una nube muy oscura que en ocasiones muestra un halo de luz que la rodea, aunque, en general, no poseen una estrella cercana que les suministre luz. Se muestran como zonas en las que parece hay “vacíos” de materia (suerte de huecos), vistas con nebulosas brillantes de fondo. Hay nebulosas oscuras pequeñas llamadas Glóbulos de Bok, donde se han encontrado sistemas estelares en formación.

Si bien estas nebulosas no se aprecian en las longitudes de onda del visible, sí se pueden estudiar en infrarrojo y ondas de radio. De hecho, la detección de estrellas en tempranos estadios de formación se ha efectuado mediante telescopios que operan en estas longitudes de onda. Como ejemplos de nebulosas oscuras figuran el Saco de Carbón, en la constelación de la Cruz del Sur; Cabeza de Caballo, en la constelación de Orión; la nebulosa del Cono, en la constelación de Monoceros (el Unicornio).

Nebulosas Brillantes.

Este tipo de objeto se subdivide en nebulosas de emisión y de reflexión. Las primeras son las más brillantes pues en su interior se encuentran estrellas en estadios más tardíos de formación, y como consecuencia de ello, emiten la suficiente radiación para hacer brillar a la nebulosa. Como tales estrellas son muy calientes, su cercanía al material de la nube puede hacer que se caliente y alcance los 20.000 grados Celsius. Las nebulosas de emisión también se denominan Regiones HII, en las cuales el elemento hidrógeno se encuentra ionizado. Justamente, el mecanismo de ionización es el responsable de la emisión de luz visible en la nebulosa. Ejemplos de esta categoría: nebulosa de Orión (M42) y nebulosa de la Flama, en la constelación de Orión; del Águila, en la constelación de la Serpiente; de La Laguna y la Trífida, en la constelación de Sagitario; La Tarántula (30 Doradus), ubicada en la Nube Mayor de Magallanes (galaxia satélite de nuestra Vía Láctea), por solo nombrar algunas.

Por otra parte, las nebulosas de reflexión son aquellas nubes de polvo que simplemente reflejan la luz de estrellas cercanas. Para tratar de entender cómo se produce esto es necesario conocer los mecanismos mediante los cuales el polvo interactúa con la luz de las estrellas, lo cual sucede de 2 maneras: extinción y enrojecimiento.

La extinción se refiere a la disminución de la luz estelar que atraviesa una nube de polvo, pues a medida que pasa las partículas la dispersan y toma trayectorias diferentes a la que tenía originalmente. Ello se traduce en la reducción de su intensidad. Es oportuno destacar que la longitud de onda del azul es la que más se dispersa y por ello es que las nebulosas de reflexión muestran una tonalidad azul.

En el caso del enrojecimiento las partículas de polvo absorben parte de la luz que atraviesa la nube, razón por la cual la luz de las estrellas aparece rojiza al ser justamente tal longitud de onda la que llega a nuestros ojos. Algo similar ocurre con la luz solar cuando el astro rey se encuentra cerca del horizonte.

Entre las nebulosas de reflexión más notables se pueden mencionar la nebulosa asociada al cúmulo abierto de Las Pléyades, en la constelación del Toro; Cabeza de la Bruja, en la constelación del Erídano; la Trífida (parte de ella también es de emisión), en la constelación de Sagitario.

Nebulosas Planetarias.

Son el resultado de la muerte de estrellas como El Sol. Su apariencia, vistas a través de telescopios pequeños, recuerda la de un planeta; de hecho, fue William Herschel (descubridor de Urano) quien dio tal descripción y por razones históricas se siguen llamando así.

Cuando una estrella del tipo mencionado llega a cierto estadio en su existencia, en el cual se transforma en una gigante roja, expulsa material al espacio formando una nebulosa entorno a ella. Las capas más externas de la gigante roja constituyen parte de tal material y durante la subsecuente expansión,  la nube eventualmente se disipará en el medio interestelar. Lo que sobrevive de la estrella, después de la expansión, es lo que se denomina enana blanca misma que se apagará y se convertirá en un verdadero cadáver estelar. Tan pequeña estrella, cuyo tamaño está en el orden del de La Tierra, se aprecia mediante telescopios en el centro de la nebulosa como un diminuto punto blanco. Como ejemplos de nebulosas planetarias pueden citarse M57, mejor conocida como la Nebulosa Anular en la constelación de la Lira; la Nebulosa del Esquimal, en la constelación de los Gemelos; la Nebulosa de la Hélice, en la constelación de Acuario; el Anillo del Sur, en la constelación de la Vela (parte del antiguo Navío de Argo).

Restos de Supernovas.

Como su nombre lo indica, son el resultado de un evento de supernova. Las ondas de choque producidas en este tipo de eventos, que pueden alcanzar varios cientos de kilómetros por segundo, inciden en el medio interestelar comprimiéndolo y calentándolo. Es así que el material interestelar (menos caliente) brilla al ser excitadas sus moléculas. Al visualizar su espectro aparecen líneas de emisión. Estas nebulosas se clasifican en restos tipo coraza y restos tipo cangrejo. Los primeros deben su nombre al efecto de coraza que produce la onda de choque de la supernova al calentar y agitar el material interestelar que encuentra a su paso. Al visualizar este tipo de remanente semeja un anillo con el borde brillante y el centro oscurecido.

Por su parte los remanentes o restos tipo cangrejo, también llamados plerionesNebulosa de viento de pulsar, recuerdan el aspecto de una mancha. El material interestelar se llena con los electrones de alta energía arrojados del pulsar que ha quedado del estallido de la supernova, e interactúan con el campo magnético que allí existe en un proceso denominado radiación de sincrotrónRadiación emitida por electrones acelerados en un campo magnético, emitiendo rayos X, ondas de radio y luz visible. El más famoso de tales restos,la Nebulosa del Cangrejo, es la que justamente origina su nombre.

Ejemplos de tales nebulosas son el Lazo del Cisne, que es un resto del tipo coraza, (parte de la nebulosa del Velo), en la constelación del Cisne; el Cangrejo, en la constelación del Toro; Casiopea A, en la constelación de Casiopea; SN 1987A, en la nebulosa de la Tarántula, situada enla Nube Mayor de Magallanes.

Al comienzo de este artículo se hizo referencia a lo extenso de las nebulosas y el tratamiento que en la mayoría de las películas de ciencia-ficción se hace al viaje a través de ellas. Una de las mayores nebulosas conocidas en nuestra Vía Láctea se encuentra en el Brazo de Carina, en la cual podemos ver a NGC 3603, un cúmulo de estrellas muy jóvenes producto de la eclosión en el proceso de formación que sucede en dicha región. La nebulosa es considerada como una gigantesca región HII y su extensión está en el orden de 120 años-luz. Un año-luz equivale a unos 9,5 billones de kilómetros (9.500.000.000.000 km). Si usted, que ha logrado llegar valientemente al final de este artículo, quiere hacer un sencillo cálculo, considere lo siguiente: la nave Enterprise está en una misión de exploración para investigar a NGC 3603 y viaja a velocidad de impulso (la mitad de la velocidad de la luz), a partir del momento en que se encuentra en el borde de la nebulosa. Si suponemos muy pequeño el tamaño del cúmulo estelar, en comparación con el de la nebulosa, y lo situamos justo en su centro, ¿cuánto tardaría la nave en llegar a él? Tome la distancia del borde al centro como 60 años-luz y c (la velocidad de la luz) con el valor de 300.000 km/s. Recuerde que c = d/t. Haga las reducciones correspondientes.

A modo de conclusión.

Las nebulosas semejan luminosos y espléndidos recintos de creación u oscuros y ominosos pozos de extinción, razón por la cual constituyen, a la vez, claros ejemplos de nacimiento y muerte. Son como la luz y la oscuridad que han estado presentes en el pensamiento humano como opuestos y complementos, como recordatorio de que nacemos y morimos. Quizá lo más importante sea el tratar de comprender esta existencia que enmarcamos en espacio-tiempo y materia-energía, y percatarnos de lo efímero de nuestra vida, pero que la podemos enriquecer a voluntad con un conocimiento perdurable… legado de innumerables seres humanos que nos precedieron.

Para saber más:

El espectro electromagnético: http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/emspectrum.html

Restos de supernovas: http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/supernova_remnants.html

Distancias cósmicas: http://heasarc.nasa.gov/docs/cosmic/

Bibliografía recomendada:

Zeilik, Michael, (2002). Astronomy: The Evolving Universe. New York: Cambridge University Press.

Shu, Frank H., (1982). The Physical Universe. Mill Valley, CA: University Science Books.

Nota: al colocar el cursor en “pleriones” y “radiación de sincrotrón” aparecen breves definiciones.