¿Qué es una nube interestelar? Datos, composición y evolución

Cómo se hacen las nubes interestelares

Las nubes interestelares se forman esencialmente a partir de escombros durante la formación estelar y de galaxias. A medida que se forman las galaxias y la actividad estelar reina sobre vastas distancias de tiempo, el material pasa por un ciclo de formación estelar densa y violenta, y se expulsa al medio interestelar.

Dentro de las nebulosas, las regiones que son más densas en materia conducen a la acumulación gravitatoria de otros materiales (p. ej., principalmente gas hidrógeno y helio). Cuanto más material se acumula, más aumenta la gravedad y se acumula más hasta que hay suficiente calor y presión para que se produzca la fusión nuclear entre núcleos acelerados de átomos. Los núcleos de hidrógeno se fusionan para formar núcleos de helio y nace una estrella. Así es como se formaron las primeras estrellas a partir de la distribución desigual inicial de la materia durante el universo primitivo y después de la rápida expansión conocida como Big Bang.

La fusión nuclear de los núcleos atómicos libera enormes cantidades de energía que crea un equilibrio entre la gran presión gravitacional que de otro modo colapsaría todo el cuerpo de una estrella. A medida que las estrellas envejecen, eventualmente comienzan a quedarse sin núcleos de hidrógeno para alimentar la fusión nuclear. El equilibrio se rompe y la estrella colapsa por su propia gravedad. Esto aumenta temporalmente la tasa de fusión que expande las atmósferas exteriores de la estrella lejos del núcleo, enfriándolas y dándoles una apariencia roja. Esta es una estrella que se llama gigante roja. Si el proceso de expansión continúa, el material se expande lentamente hacia el espacio formando una gran nube interestelar o contribuyendo con más material a las nubes interestelares preexistentes.

Sin embargo, si la estrella es lo suficientemente grande, el colapso puede crear suficiente presión y calor para fusionar núcleos de helio en núcleos de carbono.

Con más tiempo, el proceso continúa y finalmente se agota el combustible de carbono, se produce otro colapso y los núcleos de carbono se fusionan para formar núcleos de oxígeno; luego pasan a formar núcleos de silicio, nitrógeno y finalmente hierro. El hierro es demasiado pesado para fusionarlo. Si la estrella se vuelve lo suficientemente masiva, puede colapsar y convertirse en una supernova. Las supernovas son explosiones masivas que ocurren en el colapso final de grandes estrellas moribundas. La explosión libera suficiente energía y presión para fusionar todos los demás elementos que se encuentran en la tabla periódica y luego los dispersa por la inmensidad del espacio.

Este proceso ha continuado durante los 13-14 mil millones de años que el universo ha existido y ha ciclado continuamente material a través del medio interestelar, nebulosas y estrellas, aumentando la diversidad de elementos y materia dentro de las galaxias y las nubes interestelares que las componen en parte.

Tipos de nubes espaciales

Hay un par de términos diferentes que se usan para categorizar las nubes interestelares dentro de la astronomía. Estas categorías difieren tanto en temperatura, densidad y tamaño de la nube interestelar. Las dos categorías de nubes interestelares son: nubes H1 y nubes H2.

Nubes H1

Las nubes H1, o nubes HI, son nubes dentro del medio interestelar que están compuestas principalmente de gas hidrógeno neutro, con algo de helio y pequeñas cantidades de otros elementos. La mayor parte del hidrógeno gaseoso es neutro, en el sentido de que no está cargado. Un átomo de hidrógeno neutro tiene un electrón unido a su núcleo; es decir, el hidrógeno gaseoso no está en fase de plasma y, por lo tanto, no está ionizado. El símbolo HI se utiliza para referirse al hidrógeno neutro.

Debido a que las nubes HI en su mayoría no están en la fase de plasma, donde los electrones están libres de los núcleos atómicos, estos tipos de nubes interestelares no emiten luz visible detectable. Esto no quiere decir que no haya ninguna ionización de hidrógeno en absoluto, sino que solo alrededor de un átomo por cada diez mil átomos de hidrógeno carecen de su electrón.

Las nubes HI normalmente existen entre temperaturas de 80° K y 8000° K. Las regiones también tienen una baja densidad de alrededor de 0,5 átomos por centímetro cúbico, e incluso más baja en las regiones más frías.

Nubes Moleculares

El segundo tipo de nubes interestelares son las nubes H2 (o nubes HII), también llamadas nubes moleculares. Las nubes moleculares son nubes interestelares que aparecen opacas u oscuras debido a la presencia de granos sólidos de polvo. Las nubes también aparecen muy irregulares sin límites definibles y adoptando formas turbulentas. Algunas de las nubes moleculares más grandes de la Vía Láctea son visibles a simple vista en una noche despejada sin contaminación lumínica. Algunas nubes moleculares tienen 150 años luz de diámetro y ocupan vastas regiones del medio interestelar.

Una nube molecular oscura dentro de la constelación de Tauro.

El gas hidrógeno en las nubes HII se presenta en forma de moléculas H2. Los átomos de hidrógeno se unen químicamente, cada uno compartiendo su electrón con otro en un enlace covalente. Estas regiones son mucho más densas que las nubes HI y tienen en promedio entre 100 y 300 moléculas de H2 por centímetro cúbico. Estas regiones son relativamente frías con temperaturas entre 7 y 15° K. Sin embargo, otras regiones, como las nubes nebulosas y las nubes de emisión, alcanzan densidades mucho más altas y son propensas a la formación de estrellas. Estas regiones pueden superar densidades de 10⁵ H2 moléculas por centímetro cúbico. Las nubes de emisión son nebulosas vibrantes formadas por gas ionizado que emite varias longitudes de onda de radiación electromagnética, incluida la luz visible. Estas nebulosas también se denominan nubes brillantes y son la fuente de estrellas jóvenes y nebulosas planetarias.

Los Dragones Luchadores de Ara es una nebulosa de emisión grande y hermosa.

La nube interestelar local

La nube interestelar más cercana y más prominente a la Tierra es la nube interestelar local (LIC), que también se denomina pelusa local. El sistema solar de la Tierra se mueve a través de esta nube interestelar que tiene aproximadamente 30 años luz de diámetro. El LIC existe dentro de una estructura llamada Burbuja Local, que es básicamente el medio interestelar local. Dentro de esta región existe el LIC, el Sistema Solar, la Nube G (otra nube interestelar), el Cúmulo Hyades y el Grupo Móvil Ursa Major. La Burbuja Local tiene al menos 300 años luz de diámetro y forma una pequeña cavidad dentro del Brazo de Orión de la Vía Láctea.

La Nube Interestelar Local y la Nube G dentro de la Burbuja Local.

El sistema solar que contiene el Sol y la Tierra está dentro del LIC o de la G-Cloud. Los astrónomos están teniendo dificultades para determinar en qué sistema solar se encuentra en este momento debido a su proximidad. Sin embargo, el sistema solar probablemente llegó a esta región hace unos 10.000 años.

Resumen de la lección

Las nubes espaciales se conocen más comúnmente como nubes interestelares. Las nubes interestelares son grandes cúmulos de polvo, gas y plasma, unidos por la gravedad dentro de las galaxias y el medio interestelar. El medio interestelar existe entre las grandes distancias de las estrellas y se compone principalmente de gases de hidrógeno y helio difundidos. Las nubes interestelares se forman a partir del material expulsado por estrellas envejecidas y moribundas, como las gigantes rojas y las supernovas. Las gigantes rojas expanden material en su región circundante creando nubes interestelares. Las supernovas son el resultado de estrellas gigantes que se quedan sin combustible y colapsan y explotan, fusionando todos los elementos de la tabla periódica más allá del hierro y arrojándolos al espacio.

Generalmente hay dos tipos de nubes interestelares. Las nubes H1 son de baja densidad y se componen principalmente de gas hidrógeno neutro. Las nubes de H2, o nubes moleculares, son mucho más densas y se componen principalmente de gas molecular H2 con regiones densas de partículas de polvo. Las nubes moleculares pueden contener nebulosas y nebulosas planetarias. Las estrellas nacen en nebulosas y continúan el ciclo de nubes que se acumulan gravitacionalmente y las expulsan al espacio.