Le nebulose

Nei precedenti articoli abbiamo imparato a riconoscere le principali costellazioni e le stelle più brillanti, suddivise in classi spettrali in base alla loro luminosità e al colore, legato alla temperatura superficiale. A questo punto sorge spontanea una domanda: come si forma una stella?

Prima di affrontare l’argomento, bisogna però approfondire il discorso sulle “nebulose”, per l’importanza che rivestono nella formazione delle stelle.

Il termine nebulose è intuitivo e significa proprio ”nuvole”: non nuvole che portano pioggia, ma aggregazioni di materia dall’aspetto diffuso, formate da polveri e gas, specialmente idrogeno, spesso ionizzato. Esse si trovano nel mezzo interstellare, lo spazio tra le stelle all’interno delle galassie, di cui rappresentano circa il 10 per cento della massa totale. Prima delle scoperte di Edwin Hubble, nei primi decenni del ‘900, il termine veniva impiegato per indicare un qualsiasi oggetto celeste di grandi dimensioni, escluse le stelle, i pianeti, e le comete; quindi, anche le galassie erano considerate nebulose. 

Ma cosa intendono gli astronomi per “polveri”? Le polveri sono delle piccole particelle di materia, prevalentemente silicati, grafite e altri composti del carbonio, che possono assorbire o riflettere la luce. La percentuale di polveri nelle nebulose è compresa fra l’uno e il due per cento, mentre il resto è costituito da gas. Gli astronomi ipotizzano che le polveri interstellari fossero assenti nei primi istanti di vita dell’universo (18 miliardi di anni fa) e che si siano formate alcuni miliardi di anni dopo, in seguito all’esplosione di stelle massicce giunte rapidamente a fine vita. 

Vi sono nebulose che emettono o riflettono la luce visibile e che quindi possono essere osservate ed altre che appaiono oscure perché non irradiano luce visibile, anche se talvolta possono essere osservate a lunghezze d’onda maggiori (infrarosso e radioonde).

Le nebulose a emissione emettono luce visibile quando sono eccitate dalla radiazione proveniente, generalmente, da una vicina stella calda, in grado di ionizzare una parte significativa della nube.

Il colore della nebulosa (o, se preferite, la lunghezza d’onda della radiazione emessa) dipende dalla sua composizione chimica e dal livello di ionizzazione. Il colore rosso di molte nebulose a emissione deriva dalla ionizzazione dell’idrogeno, gas molto diffuso nello spazio interstellare e facile da ionizzare. Se sono in gioco energie maggiori, possono essere ionizzati altri elementi, che danno una colorazione verde e blu. La maggior parte delle nebulose a emissione è composta per circa il 90% da idrogeno, da tracce di elio, ossigeno, azoto e altri elementi.

Vi sono nebulose a emissione formate dai resti di una stella che, giunta a fine vita, ha espulso materiale nello spazio circostante ed è poi collassata a formare una stella di dimensioni planetarie, ma di densità elevatissima, detta nana bianca per il colore della sua superficie (e quindi per l’elevata temperatura); la nebulosa che circonda la stella viene chiamata impropriamente nebulosa planetaria ed è costituita da un involucro incandescente di gas in espansione, ionizzato dalla radiazione emessa dalla nana bianca. Il termine fu introdotto nel 1780 da William Herschel, che aveva interpretato (erroneamente) l’oggetto come un sistema planetario in fase di formazione.

Le nebulose a emissione hanno spesso macchie scure che sono causate da nubi di polvere che bloccano la luce. Le combinazioni di nebulose a emissione e nubi di polvere “disegnano” forme che assomigliano ad oggetti noti e che ne portano il nome, come la nebulosa Testa di Cavallo(B33).

Le nebulose a riflessione sono nubi fredde di gas e polvere che non emettono luce propria, ma riflettono quella degli oggetti vicini, generalmente stelle, diffondendone la luce. Si formano quando la stella che le illumina non emette radiazione sufficiente per causare la ionizzazione del gas, come nel caso delle nebulose a emissione. Le nebulose a riflessione sono solitamente blu perché il fenomeno di diffusione è più efficiente per la luce blu che per la luce rossa (per lo stesso motivo vediamo il cielo blu).

Alcune nebulose hanno delle parti a riflessione ed altre a emissione, come la Nebulosa di Orione (M42) e la Nebulosa Trifida (M20).

Le nebulose oscure sono tra gli oggetti più freddi conosciuti, con temperature interne dell’ordine di 10 K. Esse sono formate per la maggior parte da idrogeno ed elio e da una frazione di polveri, responsabile dell’assorbimento della luce.

Queste nebulose non emettono luce propria (nel visibile) e quindi si possono osservare solo se oscurano un oggetto celeste luminoso, come una porzione di una nebulosa a emissione o a riflessione o le stelle di fondo. Mediante immagini nell’infrarosso è talvolta possibile rendere visibili gli oggetti che vengono oscurati.

Vediamo ora alcune tra le nebulose più note e spettacolari.

La Nebulosa di Orione (M42) è una nebulosa ad emissione e riflessione, tra le più brillanti del cielo notturno, riconoscibile ad occhio nudo a sud della Cintura di Orione (HST 2006).

È una regione ricca di gas diffuso e di polveri, cioè di minuscole particelle solide di grafite, silicati e ghiaccio, con impurità di ferro e altri elementi, aventi diametri inferiori al millesimo di millimetro. Le striature scure che si stagliano sulla massa luminosa sono regioni in cui si addensano le polveri nascondendoci la luce delle stelle che vi sono immerse – Margherita Hack

WFC di Hubble Space Telescope, 2004

La Nebulosa Elica (NGC 7293) è una nebulosa planetaria formatasi da una stella simile al Sole giunta a fine vita. Gli strati gassosi esterni della stella sono stati espulsi nello spazio, mentre il nucleo centrale della stella è una nana bianca (il puntino al centro), che risplende così intensamente da rendere fluorescente il gas espulso. 

La nebulosa si trova nella costellazione dell’Aquario.

Foto del telescopio ESO di La Silla, in Cile, 2011

La nebulosa a riflessione M78 è la più brillante del cielo, illuminata da due stelle di magnitudine 10.

La Testa di Cavallo (B33) in Orione è una nebulosa oscura in luce visibile, che appare trasparente ed eterea alle lunghezze d’onda dell’infrarosso.

La grande nebulosa oscura Testa di cavallo (la somiglianza con la testa dell’animale è davvero straordinaria) si erge su uno sfondo luminoso di luce delle stelle nascoste dalle polveri e da esse diffusa, che ricorda quella del Sole nascosto da una grossa nuvola. – Margherita Hack

Le nebulose sono oggetti sfuggenti e spettacolari, difficili da osservare perché deboli, ma fantastici da riprendere con attrezzature adeguate. Proprio da alcune nebulose, come vedremo, nascono le stelle.