La parola nebulosa viene dal latino per "nuvola" o "nebbia" e può essere pluralizzata come nebulose o nebule. Questa vaghezza si adatta all'oggetto: una nebulosa è semplicemente un grande, luminoso o oscurante, patch del mezzo interstellare, e può significare cose molto diverse a seconda del tipo che stai guardando.
Alcune nebulose sono nursery stellari dove gas e polvere si ammucchiano insieme finché non collassano in nuove stelle. Altre sono i rottami lasciati quando una stella muore – a volte dolcemente, a volte in un'esplosione catastrofica. Un'intera categoria è chiamata dopo i pianeti anche se non ha nulla a che fare con i pianeti. La fisica dietro ogni tipo è abbastanza diversa che gli astronomi hanno dovuto inventare nomi separati, spiegazioni separate e, in alcuni casi, aspettare secoli per capire quale tipo di nebulosa stavano addirittura guardando.
Una nuvola senza forma fissa
Le nebulose sono spesso regioni di formazione stellare: gas, polvere e altro materiale al loro interno si ammucchiano in regioni più dense che continuano ad attrarre più materia finché non diventano abbastanza dense da formare stelle. Questo è il meccanismo dietro la maggior parte delle nuove stelle che appaiono in una galassia – sono letteralmente condensate dal proprio materiale della nebulosa.
La maggior parte delle nebulose sono enormi, con alcune che si estendono per centinaia di anni luce. E a differenza di un pianeta o di una stella, una nebulosa raramente ha un contorno nitido: la maggior parte delle nebulose sono classificate come nebulose diffuse, il che significa che sono nuvole estese senza confini ben definiti. Questa combinazione di enorme scala e bordi sfocati è il motivo per cui la fotografia astrofisica a lunga esposizione, piuttosto che uno sguardo veloce attraverso un piccolo telescopio, è quello che di solito rivela la vera struttura di una nebulosa.
Gli astronomi le registrano da quasi 2.000 anni
Le nebulose non sono una scoperta moderna. Intorno al 150 d.C., l'astronomo Tolomeo registrò cinque stelle che apparivano nebbiose nei libri VII-VIII del suo Almagesto – senza alcun modo di sapere che parte di quello che stava descrivendo non era affatto una stella, solo una patch di luce sfocata nel posto sbagliato per essere una.
Ci vollero secoli prima che qualcuno descrivesse qualcosa di più chiaramente identificabile come una nebulosa piuttosto che come un ammasso di stelle. Quello che ha cambiato il quadro non era solo la vaghezza diffusa, ma la capacità di registrare e incrociare posizioni e descrizioni dettagliate del cielo – il tipo di osservazione sistematica che in seguito ha permesso agli astronomi di separare le vere nuvole di gas dalla semplice luce stellare non risolta.
Nebulose che brillano di luce propria
Le nebulose di emissione brillano perché il loro gas è ionizzato da stelle vicine, piuttosto che riflettere la luce di qualcun altro. Le stelle più calde di 25.000 K generalmente emettono abbastanza radiazione ultravioletta ionizzante, a lunghezze d'onda inferiori a 91,2 nm, per rendere le nebulose di emissione intorno a loro più luminose delle nebulose di riflessione. In altre parole, la temperatura di una singola stella incorporata decide se la nebulosa intorno ad essa brillerà di luce propria o semplicemente spargerà luce presa in prestito.
Il gas stesso non è esotico. La maggior parte delle nebulose di emissione è composta per il 90% da idrogeno, il resto da elio, ossigeno, azoto e altri elementi. Diversi elementi ionizzati brillano a diverse lunghezze d'onda, ecco perché le immagini a lunga esposizione delle nebulose di emissione spesso escono in rossi e verdi vivaci piuttosto che in un colore uniforme.
Nebulose che prendono solo in prestito la luce
Le nebulose di riflessione funzionano secondo il principio opposto: la loro polvere non è abbastanza calda per essere ionizzata, quindi semplicemente disperde la luce stellare, il modo in cui la nebbia disperde i fari di un'auto. Nel 1912, l'astronomo Vesto Slipher analizzò lo spettro della nebulosa intorno alla stella Merope nelle Pleiadi e concluse che la nebulosa stava semplicemente riflettendo la luce da Merope e dalla stella Alcyone piuttosto che brillare di luce propria. Questa era una scoperta genuina all'epoca – nessuno aveva provato che la luce di una nebulosa potesse essere interamente presa in prestito piuttosto che auto-generata.
Distinguere le nebulose di riflessione dalle nebulose di emissione, come fenomeni fisici separati con cause separate, è diventata una delle classificazioni fondamentali nell'astronomia nebulare – e dipendeva interamente dalla spettroscopia, poiché i due tipi possono apparire ingannevole simili all'occhio nudo.
Le nebulose che non puoi vedere direttamente
Non ogni nebulosa brilla. Nelle nebulose scure, l'estinzione della luce è causata da granuli di polvere interstellare nelle parti più fredde e più dense delle nuvole molecolari. Piuttosto che emettere o riflettere luce, una nebulosa scura la blocca, apparendo come una silhouette nera contro uno sfondo più luminoso di stelle o gas luminoso.
Poiché le nebulose scure sono definite da ciò che bloccano piuttosto che da ciò che emettono, i telescopi a luce visibile sono lo strumento sbagliato per studiare quello che si trova effettivamente al loro interno – gli astronomi si affidano invece a lunghezze d'onda che la polvere non assorbe così efficacemente.
La bellissima morte di una stella simile al Sole
Le nebulose planetarie si formano alla fine della vita di stelle di massa intermedia, circa 1-8 masse solari – che, in particolare, include il Sole. Quando una stella come questa rimane senza carburante, espelle i suoi strati esterni nello spazio, lasciando dietro di sé un guscio in espansione di gas luminoso.
Il nome è un incidente storico. "Nebulosa planetaria" è un termine improprio: questi oggetti non hanno nulla a che fare con i pianeti. Il nome viene dalla loro forma rotonda simile a un pianeta come visto attraverso i primi telescopi. Gli astronomi secoli fa semplicemente non potevano risolvere i dettagli fini che avrebbero detto loro che non stavano guardando un altro mondo.
Non sono neanche molto sostanziali quanto sembrano. Una tipica nebulosa planetaria ha una dimensione di circa un anno luce ed è composta da gas estremamente rarefatto, con una densità generalmente tra 100 e 10.000 particelle per centimetro cubo – un quasi vuoto per qualsiasi standard quotidiano, tenuto insieme solo dalla scala enorme. Circa 3.000 nebulose planetarie sono attualmente conosciute nella Via Lattea, su circa 200 miliardi di stelle nella galassia, un promemoria di quanto breve sia questa fase della vita stellare rispetto ai miliardi di anni che una stella trascorre sulla sequenza principale.
Inoltre non sono le sfere ordinate che il loro nome potrebbe suggerire. Solo circa il 20% delle nebulose planetarie è simmetricamente sferico; il resto ha forme più complesse e asimmetriche, modellate da fattori su cui gli astronomi stanno ancora lavorando. E questo destino non è esotico o raro – è il futuro del Sole. Si prevede che il Sole stesso produca una nebulosa planetaria circa 12 miliardi di anni dopo la sua formazione, lo stesso finale tranquillo che è già accaduto a migliaia di stelle simili attraverso la galassia.
La morte violenta di una stella gigante
Le stelle molto più massicce del Sole non svaniscono dolcemente – esplodono, e i rottami diventano un residuo di supernova. Un'esplosione di supernova può espellere materiale stellare a velocità pari al 10% della velocità della luce, o circa 30.000 km/s, e l'onda d'urto risultante riscalda il plasma circostante a temperature ben superiori a milioni di kelvin. Questo è un'intera scala di violenza diversa dal versamento lento che produce una nebulosa planetaria.
Noti residui di supernova includono la Nebulosa del Granchio, Tycho (il residuo di SN 1572, prende il nome da Tycho Brahe) e Kepler (il residuo di SN 1604, prende il nome da Johannes Kepler). Ognuno è un record permanente di un'esplosione specifica, in alcuni casi una che era abbastanza luminosa per essere notata e scritta da osservatori che non avevano idea di quello che stavano effettivamente vedendo.
Fotografare i Pilastri della Creazione
Le immagini moderne della nebulosa devono molto ai telescopi spaziali che possono vedere lunghezze d'onda che nessun osservatorio terrestre può raggiungere pulitamente. La famosa foto "Pilastri della Creazione" di strutture di gas e polvere nella Nebulosa dell'Aquila, scattata dal Telescopio Spaziale Hubble il 1 aprile 1995, mostra una regione a circa 6.500-7.000 anni luce dalla Terra, e rimane una delle immagini astronomiche più riconoscibili mai scattate.
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Strumenti più nuovi sono tornati allo stesso obiettivo con occhi diversi. L'imaging a infrarossi attraversa la polvere che la luce visibile non può penetrare, rivelando la struttura all'interno dei pilastri che la fotografia originale poteva solo suggerire – una buona illustrazione di come un'"immagine finale" iconica di una nebulosa raramente rimane finale a lungo poiché la tecnologia del telescopio migliora.