Las nebulosas
planetarias extragalácticas
Michael
Richer
5 de
marzo 2006
Una
gran parte de mi investigación concierne varios aspectos de las nebulosas
planetarias en otras galaxias aparte de la nuestra, la Vía Láctea. Estrellas como nuestro Sol y hasta ocho
veces más masiva pasan por la etapa de nebulosa planetaria en la penúltima fase
de sus vidas. En esta etapa, se
levantan las capas exteriores de la estrella para difundirse en el espacio
circundante, la estrella así regresa material a su galaxia huésped que se
incorporará en la siguiente generación de estrellas. Eventualmente, la pérdida de las capas exteriores deja
descubierto el núcleo de la estrella, donde sucedían las reacciones nucleares
que mantuvieron a la estrella a lo largo de su vida hasta este punto. El núcleo es muy caliente, usualmente
teniendo una temperatura de más de diez veces la del Sol, y emite luz
ultravioleta y de rayos X. Esto
provoca que las capas exteriores de la estrella que se expanden en el espacio
se ionizan y brillan, como sucede en un foco (tubo) fluorescente. En nuestra galaxia, la Vía Láctea, se
conocen más de dos mil nebulosas planetarias. Sin embargo, estudio estos objetos en otras galaxias, en
parte porque mis fines originales eran dedicados al estudio de sus galaxias
huéspedes, pero también porque es más sencillo de seleccionar las nebulosas
planetarias extragalácticas de manera más homogénea, lo que posiblemente nos
ayude a entender mejor como funcionan.
La imagen principal presenta a la galaxia de Andrómeda (M31), la galaxia
gigante más cercana a nuestra Vía Láctea, así como un par de sus compañeras
enanas, las galaxias M32, la “bola” brillante directamente por debajo del
centro de la galaxia de Andrómeda, y NGC 205, el objeto difuso diagonalmente
arriba hacia la derecha. Se
amplifica una porción pequeña de NGC 205 en las imágenes verde y roja (colores
falsos), tomadas a través filtros que transmiten luz de diferentes
colores. En la imagen verde, se
ven varios objetos que no están en la roja. Estos objetos que se ven solamente en la imagen verde son nebulosas
planetarias en la galaxia NGC 205, una de las cuales se resalta dentro del
circulo.
Una vez
encontrados estos objetos, los podemos estudiar más detalladamente. Para lograr esto, obtengo
espectroscopia de baja y alta resolución.
La espectroscopia es una técnica que permite descomponer la luz en sus
colores componentes (longitudes de onda) para poder estudiar la luz de los
elementos de los cuales está compuesto el material que brilla (oxígeno, helio,
hidrógeno, etc.). Como ilustra el
espectro de baja resolución de la nebulosa planetaria #5 en NGC 205 (PN 5), se
ve luz de una variedad de elementos (hidrógeno, helio, oxígeno, nitrógeno,
neon, azufre y argon) a través de las cuales se puede estudiar la composición
química del material del objeto. (La
luz de ciertos elementos se ve bien solamente en las secciones ampliadas del
espectro.) Este espectro también
explica porque funciona la técnica ya descrita para descubrir las nebulosas
planetarias extragalácticas. La
franja verde pintada sobre el espectro de baja resolución incluye la luz
brillante del oxígeno mientras que la franja roja adyacente no incluye ninguna
emisión importante. Como
consecuencia, se pueden encontrar nebulosas planetarias extragalácticas
fácilmente tomando imágenes de una galaxias a través de dos filtros, uno que
transmite la luz brillante de estos objetos y el otro que no la transmite. Las pequeñas imágenes, verde y roja,
fueron tomadas con esta técnica y se ve claramente varios objetos en la imagen
verde que no se ven en la imagen roja.
Podemos estudiar los movimientos del gas en estos objetos con
espectroscopia de alta resolución.
Esto se debe a que el movimiento del gas provoca que la luz que emite
tenga un color ligeramente distinto a si se emitiera con el gas en reposo. Es este mismo efecto (el efecto
Doppler) que explica porque la sirena del camión de los bomberos tiene un
sonido más agudo cuando se acerca y un tono más bajo mientras se aleja. De esta manera, podemos analizar el
perfile obtenido para la nebulosa planetaria #5 en NGC 205, ajustándole un
modelo teórico (la línea punteada), y determinar que el gas que la compone está
en expansión y está difundiéndose en el espacio con una velocidad de 16
kilómetros por segundo (nótese, ¡no en kilómetros por hora!).
Hace
varios años, hice un reconocimiento para descubrir nebulosas planetarias a
través la galaxia de Andrómeda y sus compañeras M32 y NGC 205 con colegas de
Seúl en Corea del Sur usando el telescopio de 90-cm del observatorio Kitt Peak
en Arizona, EEUU. De este
reconocimiento salen las imágenes verde y roja. Los espectros de baja resolución fueron obtenidos con el
telescopio Canadá-Francia-Hawaii en Mauna Kea, Hawaii, EEUU. Los espectros de alta resolución
provienen de estudios que he hecho con colaboradores de la sede en Ensenada,
Baja California del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma
de México. Usamos el telescopio de
2.1-m del Observatorio Astronómico Nacional en la Sierra de San Pedro Mártir
con el espectrógrafo Manchester échelle.
Con este instrumento, hemos llevado a cabo mediciones de las velocidades
de expansión de casi doscientos nebulosas planetarias en once galaxias cercanas
a nuestra Vía Láctea, además de un reconocimiento aun mayor de nebulosas planetarias
dentro de la Vía Láctea. A través
estos estudios, espero aprender mejor como evolucionan las nebulosas
planetarias y cuales son sus efectos sobre la evolución de la composición
química de sus galaxias huéspedes.