Spectroscopie la nebuloase planetare

Nebuloasele planetare reprezintă stadiul final al evoluției stelelor de masă mică și intermediară. Spre sfârșitul vieții aceste stele pierd o cantitate considerabilă de material sub formă de ejecții de gaz care formează în jurul lor o anvelopă care cu timpul se va detașa de stea datorită vântului solar emis de nucleul acestor stele. Pe măsură ce nucleul se contractă și devine o pitică albă temperatura lui depășește 30000°K iar radiația ultravioletă intensă a acestuia va ioniza atomii de hidrogen, heliu și oxigen din anvelopa înconjurătoare care vor emite lumină strălucind sub forma unei nebuloase planetare.

Comparativ cu durata de viață a progenitorilor, nebuloasele planetare au existență scurtă fiind vizibile timp de 10000-20000 de ani după care se sting datorită disipării anvelopei lor gazoase în spațiu.

Din acest motiv aceste nebuloase sunt destul de rare în galaxia noastră fiind mai răspândite în discul galactic.

Nebuloasa planetară Messier 27

În același câmp se află steaua HD 189733 a cărei exoplanetă am observat-o în tranzit pe data de 18 august 2019.

Mai multe detalii despre observarea tranzitului acestei exoplanete găsiți aici:

https://www.astroclubul.ro/trei-iepuri-astronomici-dintr-un-foc-by-daniel-bertesteanu/

Nebuloasele planetare sunt importante deoarece prin vântul stelar generat de progenitorii lor împrăștie în mediul interstelar elemente precum carbonul, azotul și oxigenul pe care astronomii le numesc generic metale și care vor intra în componența stelelor de populația I care apar mai târziu în galaxii.

Astfel nebuloasele planetare marchează evoluția stelelor în galaxii și îmbogățesc mediul interstelar în elemente grele.

Nebuloasa planetară Messier 57 “Ring nebula”

Autor Radu Gherase
Mai multe detalii despre această fotografie puteți găsi pe pagina autorului:

https://www.stardreamsobservatory.com/images/nebulae-clusters/m57lhargbfinal/#main

Numele de “planetară” atribuit acestui tip de nebuloase nu are nici o legătură cu planetele ci este consecința aspectului lor așa cum a fost perceput prin telescoapele primilor astronomi care le-au observat, descris și perpetuat în cataloagele lor.

În 17 martie 1785 William Herschel îi scria aceste rânduri astronomului francez Jerome de Lalande:

“Acestea [nebuloasele planetare] sunt corpuri cerești despre care deocamdată nu știm nimic și care se prea poate să fie diferite de obiectele cu care suntem noi obișnuiți. Am găsit deja patru astfel de obiecte toate având un diametru aparent cuprins între 15 și 30 secunde de arc. Corpurile acestea par să aibă un disc bine definit și au o formă rotundă sau ovală iar suprafața este uniform strălucitoare astfel încât seamănă aparent cu cea a planetelor doar că au strălucirea unei stele de magnitudinea 9”.

Nebuloasa planetară NGC 2392 “Eskimo nebula”

Autor Radu Gherase
Mai multe detalii despre această fotografie puteți găsi pe pagina autorului:

https://www.stardreamsobservatory.com/images/nebulae-clusters/eskimo-2020/#main

Natura acestor obiecte a rămas necunoscută, termenul de “nebuloase” fiind unul generic pentru orice obiect care la vizual prin telescop avea un aspect difuz.

Herschel a fost cel mai prolific observator al acelor vremuri descoperind peste 2000 de “nebuloase” noi. Despre cele rotunde și uniform strălucitoare se credea că sunt stele înconjurate de material gazos care se va condensa și va forma planete- de unde și termenul nepotrivit de nebuloase planetare perpetuat până astăzi.

Abia în anul 1864 se va aduce lumină în această chestiune când William Huggins observă că nebuloasele planetare au un spectru fundamental diferit fața cel continuu generat de stele și planete.

Cea mai strălucitoare linie observată în spectrul nebuloaselor planetare era în verde la ~500 nm și nu avea corespondent cu nimic din ceea ce se știa până atunci. Din acest motiv s-a crezut că este generată de un element chimic necunoscut denumit “nebulium” despre care observațiile spectroscopice arătau că este foarte abundent în aceste nebuloase dar neîntâlnit încă pe pământ. Ulterior astronomul Norris Russel propune că această linie este generată de un element chimic cunoscut aflat în condiții de presiune și temperatură necunoscute nouă. Abia în anul 1927 s-a făcut lumină în această chestiune când fizicianul Ira Bowen a arătat că linia verde este generată de oxigenul dublu ionizat aflat la o densitate atât de scazută în nebuloase încât este imposibil de reprodus aici pe pământ.

În luna august 2020 am efectuat observații spectroscopice la nebuloasele planetare NGC 6543 “Cat’s Eye”, NGC 7662 “Blue Snowball”, NGC 7027 “Magic Carpet”, NGC 6826 “Blinking planetary” și Messier 57 “Ring Nebula” pentru a evidenția particularitățile lor spectrale și liniile de emisie caracteristice. În profilele acestor nebuloase se observă linia puternică verde-cian de la 500 nm corespunzătoare oxigenului dublu ionizat precum și linia în roșu de hidrogen alfa. De intensitate mai redusă sunt liniile din galben și albastru corespunzătoare heliului și hidrogenului gamma vizibile mai mult în nebuloasa Cats’s Eye.

Rezultatele noastre au un caracter educațional fiind un bun material de studiu atât în astrofotografie pentru înțelegerea și redarea culorilor acestor nebuloase cât și pentru evidențierea particularităților spectrale ale nebuloaselor planetare. Pentru că spectroscopia este un domeniu rar abordat de amatorii din țara noastră sperăm că observațiile noastre au și un caracter motivațional în studiul spectroscopic al obiectelor cerești.

Pentru realizarea observațiilor am folosit un spectroscop Star Analyser 100 cuplat la un telescop newtonian 200/1000 respectiv 130/650. Cadrele au fost trase cu o cameră monocromă QHY 163 iar procesarea spectrelor și calibrarea pe instrument am realizat-o în programul RSpec.

Pentru compararea spectrelor la nebuloase cu cele de alte obiecte vă invităm să lecturați studiile realizate de noi la stelele Wolf-Rayet și la clasele de stele din sistemul Harvard.

https://www.astroclubul.ro/articol-despre-spectroscopie-la-stele-exotice-de-daniel-bertesteanu/

https://www.astroclubul.ro/wp-content/uploads/2019/11/Astroclubul-Bucuresti-Spectroscopie-de-mica-rezolutie-la-6-clase-diferite-de-stele.pdf

Cer senin!

Publicat azi, 27 decembrie 2020

Text și foto de Prof. Daniel Berteșteanu