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¿Qué son las nebulosas planetarias?

¿Quién no ha visto alguna vez, paseando por internet, esta imagen descrita como “el ojo de Dios“?

El nombre oficial con el que fue bautizado este objeto tras su descubrimiento, por gente no condicionada por la religión, es “la nebulosa de la hélice“.

Se trata de una nebulosa planetaria, una nube de gas de forma curiosa que se encuentra a 700 años luz de la Tierra que mide 2.5 años luz de diámetro. Recordemos que un año luz equivale a 9.460.528.400.000 kilómetros o 9.46 billones de kilómetros.

Pese a lo espectacular que pueda resultar a primera vista, tampoco tiene nada de especial dentro de su categoría. Las nebulosas planetarias son algo bastante común y suelen tan llamativas que inspiran nombres estrafalarios, como por ejemplo la nebulosa del esquimal

Por su supuesto parecido a un esquimal encapuchado (puede variar según la droga que hayas tomado).

… O la nebulosa de la rodaja de limón.

La verdad es que  el parecido de esta no lo puedo poner en duda.

¿Y cuál es el mecanismo que permite la creación de patrones tan variopintos?

Como ya he explicado alguna vez, las estrellas brillan gracias a los procesos de fusión nuclear que se dan en el núcleo: la presión y la temperatura en su interior son tan grandes que los átomos pueden llegar a fusionarse para formar otros elementos, algo que sólo ocurre en condiciones extremas inimaginables. Esto, a su vez, libera una cantidad de energía enorme.

Una estrella de masa similar a la del sol está fusionando constantemente hidrógeno en su núcleo para convertirlo en helio. En otras palabras, el núcleo de una estrella es una explosión termonuclear constante, cuyas ondas expansivas están contenidas por las presión que ejerce sobre ella toda la masa que lo rodea.

Cuando el peso de la masa que compone las capas exteriores de la estrella, que tienden a presionar hacia el centro por efecto de la gravedad, iguala la fuerza con la que el núcleo “explota” constantemente, entonces la estrella está en equilibrio y, mientras le queden reservas de hidrógeno, podrá continuar convirtiéndolo en helio, lo que liberará una gran cantidad de calor que hará brillar el gas de la estrella para que nos pongamos morenos.

Pero las reservas son limitadas.

Cuando empieza a agostarse el hidrógeno, el núcleo va quedándose gradualmente sin material que fusionar y va perdiendo potencia, por lo que no es capaz de contrarrestar la presión que ejerce sobre él peso de la estrella. Toda la masa de las capas externas comprime el núcleo debilitado hasta llega un punto en que la presión es suficiente para que le helio empiece a fusionarse para generar elementos más pesados, como el oxígeno y el carbono, reavivando la explosión.

Algo crucial ocurre durante este proceso. Mientras la estrella fusionaba hidrógeno en helio, la temperatura del núcleo de la estrella rondaba los 15.000.000ºC pero, cuando el núcleo se comprime tanto y empieza a fusionar el helio, su temperatura llega hasta 100.000.000ºC.

Cuando las cosas se calientan, se expanden, y las estrellas no son una excepción. Impulsadas por el calor del núcleo, las capas externas de la estrella empiezan a separarse y todo el conjunto empieza a crecer hasta llegar al punto que la estrella puede expandirse hasta alcanzar 70 veces su tamaño original.

En el centro de toda esta masa en expansión queda el núcleo, una débil esfera blanca de carbono y oxígeno que sigue fusionando material lentamente y que no tiene suficiente masa como para ejercer la fuerza gravitatoria necesaria para mantener las capas exteriores unidas. El núcleo que queda pasa a ser un nuevo tipo de estrella muy densa, una enana blanca, de tamaño similar a un planeta, mientras a su alrededor su antiguo “cuerpo” va difuminándose por el espacio.

Por suerte o por desgracia, tan sólo hay unas 1.000  nebulosas planetarias catalogadas, no porque sean un fenómeno extraño o difícil de encontrar si no porque, entre 10.000 y 50.000 años después de que las capas de la estrella empiecen a difuminarse por el espacio, el gas termina tan disperso que es imposible observarlo.

Oye, y eso de que se llame nebulosa planetaria, ¿Tiene algo que ver con la formación de planetas? :S

No, la verdad es que no. El nombre hace referencia a la forma de anillo en la que queda dispuesta el gas, similar al camino que sigue la órbita de un planeta.

Lentes gravitacionales

Dejo aquí esta imagen sin ninguna explicación y te reto a adivinar lo que es sin mirar leer el resto de la entrada. 

No, no, aunque lo sepas puedes seguir leyendo.
Ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro” es una frase que suena familiar aunque no se sienta ningún interés por la astronomía. Y es verdad, la fuerza gravitatoria de un agujero negro es tan grande que absorbe hasta la luz, pese a que viaje por el espacio a 300.000 kilómetros por segundo. Pero no hay que ser una singularidad de densidad infinita para tocarle la moral a la luz.
Pero, si los fotones, las partículas que componen la luz, no tienen masa- estamos simplificando para no soltar una parrafada extra, físicos, por favor, detened a vuestros sicarios- ¿Cómo puede afectarles la fuerza de la gravedad?

La gravedad como la entendemos, según la Relatividad General, no es exactamente una fuerza que ejerce su influencia sobre las cosas, sino una distorsión del espacio-tiempo.

La manera de representarlo es el típico ejemplo de la bola sobre una malla. Si el espacio fuera una malla elástica estirada, entonces la gravedad sería la distorsión que un objeto crea al posarse sobre ella. Cualquier cuerpo que intente atravesar esta distorsión va a ser desviado, ya sea un planeta, Ronnie Coleman, un asteroide o la propia luz.

Aunque, para representar mejor el fenómeno de la gravedad y la malla, habría que añadirle una tercera dimensión a la malla, meter la bola dentro y que de alguna manera esta tirara de ella en todas direcciones. Es un ejemplo algo más contraintuitivo, pero queda algo así.

Así que cuando un objeto muy masivo, normalmente una galaxia, se interpone entre nosotros y algo brillante, la distorsión que crea en el espacio desvía la luz a su alrededor y nos la devuelve con un ángulo diferente. Desde nuestro punto de vista no percibimos esa desviación, y nos parece que el objeto está ahí de donde viene la luz.
A escala en la imagen: nada.
Hay muchos grados de desviación, según la masa del cuerpo que actúa como lente, la distancia a la que esté del objeto y de nosotros. Con esta herramienta se puede jugar un poco con estos parámetros y ver la lente gravitacional resultante.
Hay muchos ejemplos de lentes gravitacionales, el más famoso de ellos es la “cruz de Einstein”, a quien se le dio el nombre de este afamado científico porque en parte lo predijo cuando desarrolló la relatividad general.

“¿Revoluciono la física y me lo agradecéis poniéndole
mi nombre a ESTO?” – Albert Einstein. 

Y, como siempre, la cosa se sale de madre por algún lado.
En este caso, son las estrellas de neutrones las que rompen el saco. Aconsejo familiarizarse un poco con los agujeros negros en esta entrada antes de seguir leyendo.
¿Ya está? Bien.
Las estrellas de neutrones son las hermanas pequeñas de los agujeros negros. Si habéis leído la entrada que os he mencionado, sabréis que un agujero negro son los remanentes comprimidos hasta el extremo de una estrella muy masiva
Cuando una estrella inmensa llega al final de su vida, estalla con la explosión más potente que se conoce: una supernova. Esto manda a tomar por saco las capas superficiales de la estrella y comprime el núcleo con una fuerza inimaginable. Lo que queda cuando se disipa todo el desastre es el mismo núcleo de la estrella, sólo que muchísimo más pequeño y con muchísima más masa.
Según lo grande que fuera la estrella, una mayor o menor cantidad de masa quedará compactada en el núcleo y dará lugar a:
1) Un agujero negro, un punto de densidad infinita en la que no pueden aplicarse las leyes de la física.
2) Una estrella de neutrones, una esfera tan densa que si pudiéramos acercarnos, coger una cucharada de té (unos 5 mililitros) de su superficie, traerla de vuelta a la Tierra y… 
… Bueno, una cucharadita de estrella de neutrones pesaría unos 5.000.000.000.000 (cinco billones) de kilos, así que el aterrizaje de la nave que trajera eso de vuelta sería un poco accidentado y toda esa masa probablemente acortaría el día unos microsegundos o algo por el estilo, así que olvidémonos de esta expedición estrafalaria.

A parte de su densidad y tamaño, tampoco sabemos mucho de las estrellas de neutrones, de todas maneras.

Traducción de más o menos toda la imagen: “no tenemos ni 
idea, así que vamos a poner conceptos generales y palabras técnicas  
que suenan bien”. Fuente: astro.umd.edu.
La cuestión es que, al contrario que un agujero negro, las estrellas de neutrones tienen una superficie sobre la que podrías pasear tranquilamente si fueras capaz de soportar 200 mil millones de veces tu propio peso, mientras conservan un potente campo gravitatorio debido a la enorme cantidad de masa que las compone. 
Y, en ese caso, podemos simular cómo verías el cielo a medida que te vas acercando a una estrella de neutrones y la sobrevuelas cerca de la superficie. Básicamente, estarías observando lentes gravitacionales allá donde miraras.

Hay que entrar el siguiente link, ya que es una especie de “gif” convertido en una animación “flash” y no he conseguido adjuntarlo directamente en el “post”.

Explico un poco de qué va el asunto, por si hay problemas con el inglés.
La animación nos muestra una nave acercándose a la Tierra, y las estrellas de fondo no cambian porque la gravedad terrestre es demasiado débil como para afectar a la luz. 
A partir de este punto, imaginamos que la Tierra es una estrella de neutrones. A medida que nos acercamos a ella, el fondo estrellado empieza a distorsionarse progresivamente porque la luz está siguiendo el espacio-tiempo fuertemente distorsionado. Si nos ponemos a rotar alrededor de la estrella, el panorama se vuelve aún más bizarro.

Finalmente, la animación imagina que sobrevolamos la estrella de neutrones a cierta distancia de la superficie. El cielo parece volverse completamente loco en este punto y las estrellas se desplazan hacia la franja central del cielo y escapan hacia arriba. El propio horizonte se curva hacia arriba por el mismo efecto y cada vez que giraras la cabeza el panorama cambiaría.

La animación termina diciendo que la vida en una estrella de neutrones sería como vivir en una “fun house”, que se traduce como “casa de la diversión”, que supongo que es alguna atracción de feria divertida.

Personalmente, a este caos no le veo la diversión por ninguna parte.