Peter Sorensen
Las Nebulosas Planetarias son uno de los objetos más
hermosos del cielo. Muestran una excitante variedad de formas,
tamaños y brillos. Se han convertido en uno de los principales
campos de investigación en la astrofísica moderna
ya que representan la fase final de la mayoría de las estrellas
del Universo. En el Observatorio del Roque de Los Muchachos hay
varios astrónomos trabajando en este campo. Utilizan los
telescopios allí instalados para investigar sus direfentes
aspectos. En este artículo ofrecemos una visión
general de lo que actualmente se conoce de las Nebulosas Planetarias
y damos a conocer también las investigaciones que actualmente
se realizan en el Observatorio del Roque.
Las Nebulosas Planetarias, conocidas como PNe en los textos de astronomía, no son planetas ni tampoco tienen nada que ver con la formación de los mismos. Esta denominación proviene del siglo XVIII, cuando se estaba llevando a cabo la clasificación los objetos celestes. El astrónomo británico William Herschel, en cuyo honor hemos puesto su nombre a nuestro telescopio de 4.2 metros, fue un pionero en este campo. William Herschel denominó Nebulosas Planetarias a todos aquellos objetos que mostraban un disco tenue a su alrededor, como también lo tenían algunos de los planetas conocidos hasta entonces. Se creía, por lo tanto, que estos objetos eran o bien planetas o bien estrellas en formación a partir de una gran esfera de gas.
La incorporación de la espectroscopía marcó el inició de la era de la astrofísica moderna. Los astrónomos del siglo XX aprendieron a estudiar la radiación proveniente de los objetos celestes separando la luz en sus diferentes colores (o longitudes de onda), al igual que ocurre en un arcoiris. Todos los elementos que conocemos actualmente, como el hidrógeno, el helio, etc., emiten o absorben luz sólo en determinadas longitudes de onda, y estas "huellas dactilares" nos pueden decir muchas cosas, como la composición química del objeto o su dinámica, es decir, si, por ejemplo, la estrella se mueve hacia nosotros o se aleja. Sólo con el desarrollo de estas técnicas los astrónomos finalmente fueron capaces de revelar la auténtica naturaleza de las PNe: se trataba no de planetas sino de la última etapa en la evolución de la mayoría de las estrellas.
Hace algunas décadas, los estudios teóricos mostraron que las estrellas evolucionan y mueren de diferentes maneras dependiendo de la masa de las mismas. Una estrella es una esfera de gas donde la fuerza gravitatoria, que tiende a tirar de todas las partículas hacia adentro, es contrarrestada por la presión del mismo gas. Esta presión se origina en el núcleo de la estrella, donde la energía es constantemente producida en reacciones nucleares, en las cuales se convierte el hidrógeno en helio. El Sol se encuentra en este estado en la actualidad, y así se quedará durante varios miles de millones de años. Al final de esta fase, también llamada fase de la Secuencia Principal, las cosas se complican. Las estrellas tan masivas como nuestro Sol, o unas pocas veces más masivas, atraviesan una serie de estados evolutivos, quemando gradualmente elementos cada vez más pesados hasta alcanzar finalmente la fase de la Rama Asintótica de Gigantes. En esta fase, la estrella ha expandido su atmósfera varias miles de veces su tamaño original, hasta que se convierte en una delgada capa incandescente de color rojo. Esto mismo le ocurrirá al Sol y significará el fin de la vida en la Tierra, ya que nuestro planeta se verá engullido por la atmósfera incandescente del astro rey. Todo arderá y los mares serán evaporados. En cuanto al núcleo de la estrella, incapaz de producir más energía, se calentará y se contraerá hasta el punto en que los átomos prácticamente se toquen unos a otros. En este momento la densidad del núcleo llega a ser tan alta que una cucharilla llena de material del núcleo fácilmente podría pesar tanto como... ¡un elefante!. Esta fase de la evolución estelar, sin embargo, es altamente inestable, con lo cual, las capas más externas de la atmósfera comienzan a pulsar y a perder masa hacia el medio interestelar. Esta inestabilidad se hace cada vez más intensa y al final provoca la expulsión de una parte importante de la masa estelar contenida en una enorme celda en expansión. Sin embargo, el núcleo estelar permanece en su posición original, mostrándose como una estrella central pequeña y caliente. Este es el comienzo de la fase de Nebulosa Planetaria.
Inicialmente el núcleo está rodeado de polvo. Esto impide que la luz se escape hacia el exterior. Más tarde, la capa de polvo desaparece, y desde el núcleo expuesto emergen rayos ultra-energéticos así como un rápido viento en forma de partículas. Los rayos energéticos interactúan con la atmósfera anteriormente eyectada, a la cual ya podemos llamar Nebulosa, haciéndola brillar con muchos colores diferentes observables desde la Tierra. El intenso viento procedente del núcleo también interactúa con la Nebulosa, dando lugar a la formación de diferentes estructuras características. A medida que transcurre el tiempo la Nebulosa se va adentrando cada vez más en el medio interestelar y el núcleo se va enfriando lentamente hasta convertirse en una Enana Blanca (ver artículos previos publicados en esta sección). Finalmente, la Nebulosa llega a estar tan lejos de la Enana Blanca que ya no puede seguir recibiendo la energía necesaria para mantenerse brillante y termina por desaparecer. Las Nebulosas pueden observaser durante 10 ó 20.000 años. Esto parece mucho tiempo pero comparado con el tiempo total de vida de una estrella, que para el Sol está en torno a los 12.000 millones de años, es muy, muy corto.
La importancia científica de las PNe es muy variada. Probablemente lo más importante es que la Nebulosa que se eyecta hacia el espacio interestelar contiene muchos de los elementos pesados como el Carbono o el Oxígeno. Estos elementos se formaron en el centro de la estrella, justo antes de ser expulsada la Nebulosa. La composición de muchas estrellas y planetas en el medio interestelar se ve enriquecida por estos elementos. Sin ellos, por ejemplo, la Tierra nunca habría tenido suficientes elementos pesados como para haber producido la vida.
La observación de PNe también ha permitido determinar las distancias a otras galaxias. Las PNe son como "velas". Cuando se mira a una vela, uno puede estimar bastante bien la distancia a la que se encuentra, ya que todo el mundo sabe cómo de brillante es una vela en realidad y que todas las velas tienen más o menos el mismo brillo. Utilizando las PNe se han realizado numerosas estimaciones de distancias a otras galaxias.
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Otro área de investigación relacionado con las PNe es el estudio de la estructura nebular o morfología. Estos estudios ofrecen información sobre los diferentes estados evolutivos por los cuales atraviesan las PNe. Al mismo tiempo es posible también obtener información de la estrella central (el núcleo que quedó al descubierto). La razón de este interés reside en que la teoría expuesta con anterioridad no explica fácilmente la extraordinaria morfología que se observa en muchas PNe. En cambio, predice un alto grado de simetría en general. Se han desarrollado muchas teorías en los últimos años para explicar la morfología observada. La idea más prometedora, que un grupo de investigadores están desarrollando actualmente en el Observatorio del Roque de Los Muchachos, es la repercusión que tienen los sistemas binarios en la formación de las PNe. Un sistema binario son dos estrellas, una orbitando alrededor de la otra, como la Tierra orbita alrededor del Sol. Creemos que la consecuencia de tal sistema es que la mayoría de la masa de la Nebulosa es eyectada en una única dirección. La morfología resultante de la Nebulosa será pues, bajo estas circunstancias, similar a la de una mariposa. Para probar esto, estamos llevando a cabo un estudio amplio de PNe en busca de sistemas binarios. Esto lo realizamos en base a observaciones tomadas con el telescopio de 2.5 metros Isaac Newton del ING en el Roque de Los Muchachos.