Nebuloase – locul de origine al stelelor

Pana in secolul 20, astronomii au utilizat termenul “nebuloasa” pentru a descrie orice obiect asemanator cu un nor stralucitor (“nebula” provine din latina si inseamna ceata sau nor), ce putea fi observat de pe Pamant. Telescoapele dinainte de secolul 20 dezvaluiau foarte putine detalii despre aceste obiecte, insa astronomii puteau vedea ca aceste nebuloase aveau diferite forme. Unele nebuloase au fost numite nebuloase in spirala, iar altele au fost numite nebuloase eliptice. Apoi, in anul 1920, astronomul american Edwin Powell Hubble, folosind cel mai puternic telescop la acea vreme, a descoperit ca multe dintre obiectele ce pareau a fi nori, erau de fapt galaxii. Mai exact, el a observat ca nebuloasa in spirala numita Andromeda era de fapt o galaxie spirala. Astazi, astronomii stiu ca galaxiile si nebuloasele sunt obiecte unice si au caracteristici diferite. Insa, aceasta deosebire nu este suficienta pentru a explica pe deplin ce sunt nebuloasele si cum functioneaza acestea.

Locul nebuloaselor in ierarhia cosmica

Primul pas pentru a intelege ce sunt nebuloasele este sa aflam care este locul lor in univers. Pentru a face acest lucru, trebuie sa gandim ca niste astronomi. Astronomii dau sens universului organizandu-l intr-o serie de niveluri. Nebuloasele, care sunt niste obiecte enorme, ocupa un nivel in mijlocul acestei ierarhii. Iata care este ierarhia obiectelor in univers: superclusterele formeaza cel mai inalt nivel, urmate de clustere, galaxii, nebuloase, sisteme stelare, stele, planete si sateliti. Sa le luam pe rand:

• Superclusterele constau in mai multe grupuri de galaxii. Acestea reprezinta cel mai inalt nivel al ierarhiei cosmice si sunt cele mai mari obiecte din univers. Unele pot masura chiar si 100 de milioane de ani lumina in diametru. Printre superclustere se numara: Virgo, Coma, Hercule, Perseu si Supergalaxia de Sud.

• Un cluster este un grup de galaxii care calatoresc impreuna. Un cluster poate contine doua sau trei galaxii, sau poate avea mii de galaxii. Galaxia noastra, Calea Lactee, face parte dintr-un cluster numit Grupul Local. Cel mai apropiat vecin galactic, galaxia Andromeda, face de asemenea parte din acest cluster, la fel ca multe altele.

• Urmatorul obiect pe scara ierarhica este galaxia, sau ceea ce numeau astronomii mai demult “univers insular”. Desigur ca, galaxiile nu sunt universuri individuale, insa ele sunt colectii de stele, gaze si particule. Acestea se gasesc intr-o varietate de forme (spirale, eliptice si neregulate) si au diverse marimi. Calea Lactee este o galaxie spirala.

• Nebuloasele se gasesc in interiorul galaxiilor, umpland spatiul dintre stele sau invaluindu-le ca o mantie. Acestea sunt compuse din gaz si praf si pot arata ca niste nori luminosi sau intunecati. Gazul este in mare parte hidrogen amestecat cu heliu. De fapt, astronomii clasifica uneori nebuloasele in functie de tipul de hidrogen pe care il contin: nebuloasele H+ contin in mare parte hidrogen ionizat (atomi de hidrogen ai caror electroni au fost eliminati), nebuloasele H I contin in mare parte hidrogen neutru, iar nebuloasele H II contin hidrogen care exista in forma moleculara (H2). Cealalta componenta principala a nebuloaselor, praful, consta in particule fine care contin carbon, siliciu, magneziu, aluminiu si alte elemente. Praful si gazul dintr-o nebuloasa se gasesc in cantitate mica. Un singur nor contine mai putini atomi pe centimetru patrat decat un suflu de fum. Cu toate acestea, deoarece un singur nor are o dimensiune mare (multi ani lumina in diametru), acesta poate bloca sau ascunde alte obiecte aflate in spatele sau.

• Sistemele stelare, ca sistemul nostru solar, urmeaza apoi pe scara ierarhica. Un sistem stelar poate avea unul sau doi ani lumina in diametru, in functie de numarul de planete pe care le contine. In inima unui asemenea sistem se afla o stea, un corp ceresc, care produce energie prin reactii termonucleare. O singura nebuloasa poate fi asociata cu numeroase stele. De exemplu, nebuloasa Eagle este casa unui grup de stele numit M16 (o colectie de sute de stele tinere si luminoase). Soarele nostru, o stea medie de varsta mijlocie, este mult mai batrana decat cele aflate in nebuloasa Eagle.
In cele din urma, pe scara ierarhiei cosmice, avem planetele si satelitii care sunt niste simple pete in comparatie cu nebuloasele. Asteroizii, cometele si meteoritii sunt chiar mai mici. In continuare vom examina diferitele tipuri de nebuloase.

Tipuri de nebuloase

In general, astronomii clasifica nebuloasele in doua mari categorii – luminoase si intunecate. Nebuloasele luminoase se afla indeajuns de aproape de stele incat sa straluceasca, desi modul in care produc acea stralucire depinde de doi factori. Primul factor este proximitatea nebuloasei fata de stea, iar al doilea factor este temperatura stelei. Cand o nebuloasa se afla foarte aproape de o stea fierbinte, aceasta poate absorbi cantitati mari de radiatii ultraviolete. Acestea incalzesc gazul pana la 9726 de grade Celsius. La asemenea temperaturi extreme, gazul de hidrogen este stimulat si incepe sa straluceasca (lumina este fluorescenta). Astronomii numesc acest tip de nebuloase, nebuloase de emisie. Marea Nebuloasa din Orion (M42) este un exemplu clasic de nebuloasa de emisie.

Uneori, o nebuloasa se afla prea departe de o stea sau steaua nu este indeajuns de fierbinte. In acest caz, praful nebuloasei reflecta lumina, asa cum argintul patat reflecta lumina unei lumanari. Cele mai multe nebuloase de reflexie capata o nuanta albastruie, deoarece particulele raspandesc lumina albastra in mod preferential. Totusi, unele dintre ele reflecta in mod puternic lumina stelei care le ilumineaza. Clusterul Pleiadelor din constelatia Taurului contine mai multe nebuloase de reflexie.

Nebuloasele intunecate nu se afla indeajuns de aproape de stele pentru a fi iluminate. Acestea sunt vizibile numai atunci cand ceva luminos (de exemplu, un cluster) ofera un fundal. Uneori, nebuloasele intunecate arata ca niste piste, alei sau globule in cadrul unor nebuloase luminoase. Nebuloasa Trifid este o nebuloasa de emisie, de un rosu aprins, care pare sa fie impartita in trei regiuni de catre alei intunecate de praf. Nebuloasa Horsehead din Orion este tot o nebuloasa intunecata, la fel cum este si banda intunecata care imparte Calea Lactee in doua, pe lungime.

In afara de a fi clasificate ca luminoase sau intunecate, nebuloasele mai primesc si alte denumiri. In secolul 18, Charles Messier, un astronom francez, a inceput sa catalogheze obiectele din spatiu care nu reprezentau stele. In loc sa utilizeze nume, acesta a folosit numere. Primul obiect pe care l-a inregistrat a fost Nebuloasa Crabului din constelatia Taurului, pe care acesta a numit-o Messier-1 sau M-1. Pe Nebuloasa Inelului a numit-o M-57. Galaxiile deasemenea au ajuns pe lista sa. Galaxia Andromeda, al 31-lea obiect inregistrat de acesta, a devenit M-31. In secolul 19, astronomii amatori au dat nume comune acestor obiecte inregistrate de Messier, nume bazate pe felul in care aratau obiectele. Acesta este modul in care nume ca Nebuloasa Dumbbell (Gantera), Nebuloasa Horsehead (Cap de Cal) si Nebuloasa Owl (Bufnita) au intrat in lexiconul astronomic. Unele nebuloase, cum ar fi Nebuloasa Orion, au fost denumite dupa constelatiile din care pareau a face parte. Cu toate acestea, foarte putine denumiri fac aluzie la rolul vital pe care nebuloasele il joaca in cosmos. Mai departe vom afla ca nebuloasele nu sunt doar obiecte ce lumineaza frumos pe cerul noptii.

Nebuloasele – locul de nastere al stelelor

Sistemul de clasificare de mai sus, desi este de ajutor, pare sa sugereze ca o nebuloasa este constanta si neschimbatoare, existand intr-o anumita stare pentru totdeauna. Acest lucru nu este adevarat. Diversele nebuloase, fie ele luminoase sau intunecate, reprezinta de fapt diferite etape in evolutia stelara. Stim deja ca nebuloasele sunt nori cu o densitate mica. Mai stim si ca stelele sunt obiecte foarte dense. Daca o nebuloasa este locul de nastere al stelelor, atunci materialele de “constructie” (particulele de praf, hidrogen si heliu) trebuie sa se adune impreuna si sa fie comprimate intr-o “minge” de materie, relativ mica. Se pare ca, acest proces de comprimare are loc in diverse regiuni ale nebuloaselor intunecate (inclusiv in nebuloasele de reflexie, care nu sunt altceva decat nebuloase intunecate ce reflecta lumina stelelor din apropiere).

Gravitatia este forta care conduce comprimarea. Pe masura ce mingea de praf si gaz se contracta sub propria gravitatie, aceasta incepe sa se micsoreze, iar miezul ei incepe sa se prabuseasca tot mai repede. Acest lucru face ca miezul sa se incalzeasca si sa se roteasca. In acest stadiu, materialul comprimat se numeste “protostea”. O nebuloasa poate avea multe protostele, fiecare dintre ele fiind destinata sa devina un sistem stelar individual. Unele protostele au o masa mai mica decat cea a soarelui nostru. Acestea sunt atat de mici incat nu pot initia reactiile termonucleare tipice stelelor. Totusi, aceste obiecte pot straluci slab, deoarece forta de gravitatie le face sa se micsoreze in continuare, eliberand energie in timpul acestui proces. Astronomii au denumit aceste obiecte “pitice maro”, incercand sa descrie dimensiunea lor redusa si puterea relativ nesemnificativa.

Alte protostele sunt mai mari, mult mai masive decat soarele nostru. Aceste protostele uriase continua sa se contracte, dar in loc sa produca doar energie termica prin contractie, ele incep sa transforme hidrogenul in heliu intr-un proces cunoscut sub numele de fuziune termonucleara. In acest moment, faza de protostea s-a incheiat si adevarata stea incepe sa se formeze. In jurul sau se afla un nor de praf si gaz – acelasi material din care se vor forma planete si sateliti, in urmatoarele cateva miliarde de ani. Cand o protostea devine un obiect alimentat de propriile reactii termonucleare, aceasta este o adevarata stea. Daca este indeajuns de masiva, steaua poate ioniza materialul nebular, producand o zona de fluorescenta in jurul sau. Nebuloasa intunecata, acum stralucitoare, devine o nebuloasa de emisie.

O singura nebuloasa de emisie poate fi plina de stele nou-nascute. Un exemplu in acest sens este Nebuloasa Conului. Aceasta nebuloasa face parte dintr-un nor de hidrogen enorm, care gazduieste multe stele nou-nascute (stelele variaza drastic in ceea ce priveste luminozitatea deoarece multe dintre ele sunt inca invaluite in nor si praf). Cea mai luminoasa stea asociata cu Nebuloasa Conului este Monocerotos S.

Nebuloasele luminoase – scena mortii stelelor

Nebuloasele pot marca deasemenea locatia decesului unei stele. Exista doua tipuri de nebuloase luminoase care nu sunt asociate cu nasterea unei stele, ci cu moartea sa. Primul tip este reprezentat de nebuloasele planetare, numite astfel datorita faptului ca au o forma rotunda asemanatoare cu planetele. O nebuloasa planetara reprezinta atmosfera exterioara detasata a unei gigante rosii, care este una din etapele finale ale ciclului de viata al unei stele mijlocii. Iata cum se formeaza nebuloasele planetare:
• O stea batrana, care nu mai are multe rezerve de hidrogen drept combustilbil, incepe sa arda heliu.
• Aceasta continua sa arda hidrogenul din straturile sale exterioare si, pe masura ce face acest lucru, se umfla pana atinge o dimensiune uriasa.
• Suprafata sa se raceste si se inroseste.
• Steaua gigant devine instabila si isi evacueaza straturile exterioare.
• Acest material evacuat formeaza o nebuloasa planetara, care inconjoara un miez fierbinte de culoare alb-albastrui.
• Caldura miezului face ca nebuloasa sa straluceasca.

Un exemplu de nebuloasa planetara este Nebuloasa Eschimosilor, care se afla la 5000 de ani lumina distanta de Pamant, in constelatia Gemenilor. Descoperita de William Herschel in 1787, nebuloasa si-a capatat numele datorita faptului ca, atunci cand este privita prin telescoapele de la sol, ea seamana cu o fata de om ce poarta un hanorac cu blana. Hanoracul este de fapt un inel de material ce provine de la o stea care este pe moarte.

Daca o stea este indeajuns de masiva, aceasta nu moare ca o giganta rosie, ci ca o supernova. In cazul unei supernove de tip I, sunt implicate doua stele, dintre care una este o pitica alba. Pe masura ce pitica alba se consuma in timpul unor reactii, aceasta explodeaza si-si expulzeaza ramasitele intr-un nor mare (nebuloasa). De obicei, o supernova de tip I are loc intr-o galaxie o data la 140 de ani. Supernovele de tip II sunt mai frecvente (o data la 91 de ani intr-o galaxie). In aceasta supernova este implicata o singura stea. Cand aceasta explodeaza, explozia sa formeaza o nebuloasa vizibila ce poate fi observata cu usurinta de pe Pamant.

Cea mai studiata supernova de tip II este Nebuloasa Crabului, descoperita in anul 1054 de catre astronomii chinezi si arabi, care au crezut ca se uitau la o noua stea. “Steaua” a devenit tot mai stralucitoare in urmatoarele saptamani, iar in luna iulie a putut fi vazuta si in timpul zilei (timp de 23 de zile). Aceasta a putut fi vazuta cu ochiul liber timp de aproximativ 2 ani. Supernova SN1987A, care se afla in Marele Nor Magellanic, este o alta supernova de tip II care a explodat in 1987. Nebuloasa ei si-a extins diametrul in doar 10 ore (300 de milioane de kilometri). Ai putea crede ca asemenea descoperiri sunt rare, insa astronomii continua sa gaseasca noi nebuloase si de asemenea afla lucruri noi despre nebuloasele care au fost studiate timp de ani de zile.

Oamenii de stiinta continua sa afle lucruri noi chiar si despre nebuloasele studiate indelung. Majoritatea acestor progrese se datoreaza imbunatatirilor aduse telescoapelor si altor tehnologii de observatie. Telescopul Hubble a dezvaluit multe detalii despre nebuloase. In 2005, telescopul spatial a captat cea mai detaliata imagine a Nebuloasei Crabului, iar in 2006, telescopul Spitzer a colectat date noi despre Nebuloasa Orion. Telescopul Spitzer a descoperit in jur de 2300 de discuri de materiale (din care se formeaza planete), care erau prea mici sau prea indepartate pentru a putea fi vazute de telescoapele traditionale. Spitzer a descoperit deasemenea 200 de stele nou-nascute care inca nu dezvoltasera discuri planetare. Acestea sunt minunile pe care sondele spatiale, cum ar fi Pioneer 10, le-ar putea gasi in calatoriile lor in intreaga galaxie. Cu toate acestea, exploratorii spatiului s-ar putea sa nu se bucure niciodata de vederea unei nebuloase indeaproape. Orion, cea mai apropiata nebuloasa de planeta noastra, se afla la 1450 de ani lumina distanta de Pamant.