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Descubriendo nuevos universos. La galaxia Andrómeda (I)




La idea que tenía el hombre acerca del tamaño del universo había evolucionado enormemente en 2000 años. Según lo que hemos tratado en esta serie, podemos resumir: Hacia el año 150 AEC, ya se había definido de un modo preciso el sistema Tierra-Luna. A pesar de que se pensaba que la distancia a nuestro satélite era de unos cientos de  kilómetros, las mediciones mostraron una separación de, aproximadamente, un tercio de millón de kilómetros. Posteriormente, hacia 1700, se había logrado ya fijar la escala del sistema solar con bastante precisión. No hablamos, con eso, de millones de kilómetros sino de miles de millones. Sin embargo la distancia a las estrellas más cercanas aún seguía siendo un enigma, aunque se suponía que oscilaba alrededor de los billones[1] de kilómetros como mínimo.

La solución al problema llegaría hacia 1850, comprobando que esa distancia no era sólo de billones de kilómetros, sino de decenas y cientos de billones. Entonces nos dimos cuenta de que nos encontrábamos en un sistema de estrellas organizadas en una especie de plato del cual su diámetro era desconocido, pero que debería oscilar en los miles de años-luz. El problema persistió hasta 1920, cuando descubrimos de que su diámetro no estaba en los miles de años-luz, sino más bien en muchas decenas de miles de años-luz.

En cada nueva ocasión, con cada nuevo descubrimiento, la medición de las dimensiones de regiones del Universo resultaba superior a las estimaciones más optimistas. La Tierra resultó ser ínfima en relación al Sistema Solar. Éste, a su vez, quedó humillado por el tamaño del sistema que componían las estrellas más cercanas. Pero tal sistema fue ínfimo con respecto al tamaño total de la galaxia. ¿Sería el sistema Galaxia-Nubes de Magallanes el fin definitivo? Al parecer, en 1920, parecía muy posible que la Galaxia y las nubes de Magallanes constituyeran toda la materia que existía en el universo; más allá, por lo que se sabía, no había nada. Esta vez había argumentos teóricos muy fuertes. Recordemos que la paradoja de Olbers parecía implicar la existencia de un Universo finito, lo cual estaba apoyado por el hecho de que las estrellas estaban confinadas dentro de una galaxia finita. La existencia de otros sistemas estelares más allá de nuestra galaxia plantearía a los astrónomos un problema irresoluble.

¡Y los encontramos! Vamos al artículo entonces.

La nebulosa de Andrómeda vista por un telescopio aficionado

Hemos visto que existían objetos que a principios del siglo XX impulsaron la investigación astronómica. Eran los listados en la lista de Messier. Objetos borrosos en la bóveda celeste que fueron estudiados luego de que Messier los listara. Unos resultaron ser cúmulos de cientos de miles de estrellas mientras otros, nubes de gas con estrellas en su interior. El trigésimo primer objeto de su lista, el M31, situado en la constelación Andrómeda, que pronto se reconoció como una nebulosa, con el tiempo revolucionaría la visión del Universo que se tenía hasta ese entonces.

La nebulosa de Andrómeda, como se llamó, es observable a simple vista como un objeto débil de brillo de cuarta magnitud. Los astrónomos árabes la habían registrado ya en sus cartas celestes. De acuerdo a su apariencia, no había razón para pensar que tal nebulosa fuese diferente a las demás. En el telescopio, la nebulosa de Andrómeda se observaba como una nube luminosa y nada más. La principal curiosidad del objeto era su forma de lente y no tan dispersa como otras nebulosas.

Representación artística de un disco planetario (Fuente:ESO)

La importancia de la nebulosa de Andrómeda radicaba en el papel que le asignaron algunos pensadores del siglo XVII. Ellos llegaron a teorizar en torno a la naturaleza de las nebulosas. Como lo muestra Pedro en El Tamiz, la existencia de nubes de gas con forma de lente, como la de Andrómeda, era prueba de la teoría hasta entonces más aceptada de formación de sistemas solares. Esta teoría postulaba que los sistemas planetarios surgían de estas grandes nubes de gases en rotación. Por efectos gravitatorios, estas nebulosas empezarían un proceso de contracción y condensación; como consecuencia de ello, la velocidad de rotación aumentaría y debido a la aceleración centrífuga, la nube tomaría una forma plana. Conforme a la contracción aumente aparecerán especies de anillos que se condensarían en cuerpos planetarios, y lo restante sería una enorme estrella incandescente situada en el centro del sistema. Esto explicaba por qué los planetas ocupan el mismo plano y giran en el mismo sentido. Este efecto también era observado en los satélites de los planetas, lo cual sugería que la condensación de ellos habría sido similar a la condensación del sistema solar. La nebulosa de Andrómeda sería, pues, una muestra de un sistema solar en formación casi en su fase final de formación.

Tal teoría, conocida en la historia como hipótesis nebular, fue propuesta en primera instancia por el filósofo alemán Immanuel Kant (1724-1804) en el año 1755. Medio siglo más tarde, como apéndice de un libro de astronomía, el físico y matemático francés Pierre Simon Laplace (1749-1827) propuso la misma hipótesis de manera independiente. Según Laplace, un ejemplo claro de tal fenómeno lo constituía precisamente la nebulosa de Andrómeda. Su estructura es tal que parece denotar un movimiento rápido de rotación; también puede verse (o convencerse de que se ve) una especie de anillo de gas a punto de desgajarse. Si la teoría de Laplace sobre la naturaleza de la nebulosa de Andrómeda como precursora de un sistema planetario fuese cierta, seguramente no se trataría de un objeto demasiado grande y, por su tamaño aparente, tampoco muy lejano. La teoría de Laplace se tomó como cierta y la naturaleza de la nebulosa de Andrómeda quedó aparentemente confirmada cuando en 1907 algunos cálculos de su paralaje mostraron que su distancia al Sistema Solar era de 19 años-luz.

Immanuel Kant

Por otro lado, la idea que tenía Kant de la Nebulosa de Andrómeda (y seguramente de otros objetos borrosos del cielo) era totalmente opuesta. Conociendo que algunos objetos de Messier correspondían a cúmulos de estrellas, Kant propuso que M31 y otros constituirían un gran conglomerado de estrellas cuyo aspecto difuso se debía únicamente a que se trataba de objetos situados a gran distancia, llamados poéticamente por él “universos isla”. Conglomerados enormes de estrellas como nuestro Sol donde encontraríamos ingentes planetas y tal vez seres inteligentes.

A medida que se iban mejorando los instrumentos de visión, muchos objetos borrosos mostraron tener estrellas en su interior y se clasificaron como cúmulos de estrellas. Sin embargo, la nebulosa de Andrómeda se resistía a mostrar alguna estrella en su interior. Por otro lado, la mayoría de nebulosas presentaba forma irregular, solo unas pocas tenían la forma de lente de M31, a pesar de la intriga que fomentó este extraño cuerpo, fue clasificado como nebulosa.

Entonces, al aplicar los estudios espectroscópicos a la nebulosa de Andrómeda, se vio que los resultados chocaron con la teoría de Laplace. Veamos; antes de seguir, es necesario hacer notar la diferencia entre el espectro emitido por las estrellas (emisión de luz debida a su temperatura: incandescencia) y el emitido por las nebulosas (emisión de luz debida a la estimulación de los electrones de sus átomos: luminiscencia). Mientras las estrellas muestran una distribución de colores uniforme debida a la gran temperatura de su núcleo, con líneas oscuras debida a la dispersión de luz de longitud de onda fija por los átomos de su atmósfera, el de las nebulosas corresponde simplemente a rayas debido a la emisión de luz, no debido a su temperatura, sino por la dispersión que hace de la luz de las estrellas en su interior.[2]

Diferencias de espectros entre una estrella y una nebulosa.

Mientras las nebulosas normales mostraban espectros compuestos únicamente de líneas de colores,[3] la nebulosa de Andrómeda, en cambio, mostraba un espectro más parecido al de una estrella: continuo y con alguna que otra línea oscura, aunque mucho más tenue que las estrellas normales. Además quedaba otro problema. En las nebulosas luminosas normales no sólo se veía la dispersión que ellas hacían de la luz de la estrella en su interior, sino que también lograba verse a tal o tales estrellas. Los intentos de ver la estrella en el interior de la nebulosa de Andrómeda resultaron infructuosos: hasta principios del siglo XX, tales estrellas nunca se detectaron. O, bueno, no estrellas permanentes.

¿A qué me refiero? bueno, les contaré eso en el próximo artículo. Hasta entonces.

 

  1. Europeos, es decir, 10^12. []
  2. Así como las moléculas de Nitrógeno en nuestra atmósfera absorben únicamente luz azul y la dispersan posteriormente a todas direcciones, mientras que las demás longitudes de onda siguen su camino. El resultado es que nos hace ver el cielo de ese color. Una nebulosa de Nitrógeno se vería azul y en su espectro, entre otras líneas, la correspondiente a la longitud de onda de luz azul cielo. []
  3. Por ejemplo, el espectro de la nebulosa de Orión tiene una línea verde especialmente marcada. []

Sobre el autor:

Antares (César Augusto Nieto)

Nací siendo un niño y así también moriré.
 

{ 7 } Comentarios

  1. Gravatar Sergio B | 01/08/2011 at 10:05 | Permalink

    ¡No puedes dejarlo colgado de esta manera!, bueno, habrá que tener paciencia.

  2. Gravatar Angel | 01/08/2011 at 12:06 | Permalink

    Buen artículo, Antares, aunque creo que te has liado un poco al explicar los mecanismos de emisión de las nebulosas (las de verdad, no M31 ;-) ). Si bien dices acertadamente que el espectro de las nebulosas es discreto (en el rango visible) y explicas que se debe a la excitación de los átomos por la luz (correcto, en parte; también se puede emitir de ese modo por excitación colisional, es decir, por choques entre átomos o iones), luego lo mezclas con el mecanismo de dispersión, que no tiene nada que ver con la emisión discreta de las nebulosas. La dispersión es efectiva en algunas nebulosas (llamadas nebulosas de reflexión), cuando no tienen una fuente de excitación cercana (por ejemplo estrellas jovenes muy calientes). En esos casos si les llega luz, la parte más roja de esta puede atravesarlas mientras que la parte más azul es dispersada (como explicas tu, por una razón similar a la que da el color azul del cielo).

    En fin, entiendo que es un poco complicado explicar todo esto en unas pocas líneas de manera comprensible y precisa (dudo haberlo conseguido en este comentario), y más cuando no es el objetivo de este artículo. La verdad es que el tema del medio interestelar merecería un artículo por si mismo. Es una de las partes de la Astronomía que más me gustan (además no es demasiado complicada conceptualmente). Entender como las distintas condiciones de temperatura y densidad marcan unos modos de emisión u otros en las nebulosas, como se relacionan estas con las estrellas circundantes y los procesos de formación estelar, etc, es algo fascinante y que no suele tratarse mucho en la divulgación, que simpre suele tirar hacia los temas más exóticos.

  3. Gravatar Juan Carlos Giler | 01/08/2011 at 03:46 | Permalink

    Arrrggghhhh!!! …… Paciencia… Paciencia….

    Que hermosa frase: “universos isla”

    Saludos

  4. Gravatar Kikito | 02/08/2011 at 11:53 | Permalink

    Antares, como te han dicho, nos has dejado con la miel en los labios, eres malo, malo.

    Angel, se ve que entiendes del tema, pq no escribes un articulo aquí? Sería muy interesante. Yo no soy de la casa, eh! Pero creo que todo el mundo puede colaborar, así que anímate y nos explicas tu comentario en un articulo. Hazlo por los que no estamos de vacaciones ;-)

  5. Gravatar Lestat | 03/08/2011 at 01:33 | Permalink

    Dios Mio dame paciencia…. PERO DAMELA YAAA!!!

    Antares… eres Genial, pero ¿Porque nos haces esto?

    Saludos desde México!!!

  6. Gravatar chapu77 | 03/08/2011 at 07:46 | Permalink

    Hola, yo lo miro así (lejos de trabajar en la JPL)… El caso del espectro de la estralla esta clarisimo en el articulo.. emite casi como cuerpo negro pero la capa y atmosfera de la estrella esta compuesta por átomos que absorven detemrinados fotones de una energía específica. De allí las bandas negras.. esto ayuda a determinar que compone una estrella ademas de Hidrogeno y Helio… El caso de las nebulosas por si solas no emiten nada, Salvo que tengan cerca o en sus nucleos una estrella produciendo la reaccion nuclearnecesaria para emitir luz. El gas característico de la nebulosa capturará ciertos fotones (de cierta energia) y luego lo emitirá ak fotón con esa misma energía .. vemos asi la linea de emisión de la nebulosa. El tipo de color determinar la energía necesaria, E=h.v y de esta forma comparando con experimentos de laboratorio podemos ver que materiales se comportan igual y por analogia deducir de que esta hechas las nebulosas y las estrellas… Si esto no es asi le pido perdón a mi profesora de Fisica III de la UBA.

  7. Gravatar Antares | 12/09/2012 at 04:31 | Permalink

    De acuerdo con Chapu77. Pero hablar de emisión y absorción espectral, llevaría un buen artículo…

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