Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, serás capaz de:
- Explicar cuánta materia interestelar hay en la Vía Láctea, y cuál es su densidad típica
- Describir cómo el medio interestelar se divide en componentes gaseosos y sólidos
Los astrónomos se refieren a todo el material entre las estrellas como materia interestelar; el conjunto de la materia interestelar se llama medio interestelar (ISM). Parte del material interestelar se concentra en nubes gigantes, cada una de las cuales se conoce como nebulosa (plural «nebulosas», que significa «nubes» en latín). Las nebulosas más conocidas son las que podemos ver brillando o reflejando la luz visible; hay muchas imágenes de ellas en este capítulo.
Figura 1. Varios tipos de materia interestelar: Las nebulosas rojizas de esta espectacular fotografía brillan con la luz emitida por los átomos de hidrógeno. Las zonas más oscuras son nubes de polvo que bloquean la luz de las estrellas que hay detrás. La parte superior de la imagen está llena del brillo azulado de la luz reflejada por las estrellas calientes incrustadas en las afueras de una enorme y fría nube de polvo y gas. La estrella supergigante fría Antares puede verse como una gran mancha rojiza en la parte inferior izquierda de la imagen. La estrella se está desprendiendo de parte de su atmósfera exterior y está rodeada por una nube propia que refleja la luz roja de la estrella. La nebulosa roja del centro a la derecha rodea parcialmente a la estrella Sigma Scorpii. (A la derecha de Antares, se puede ver M4, un cúmulo mucho más lejano de estrellas extremadamente antiguas). (crédito: modificación del trabajo de ESO/Digitized Sky Survey 2)
Las nubes interestelares no duran toda la vida del universo. En cambio, son como las nubes de la Tierra, que cambian constantemente, se fusionan entre sí, crecen o se dispersan. Algunas se vuelven lo suficientemente densas y masivas como para colapsar bajo su propia gravedad, formando nuevas estrellas. Cuando las estrellas mueren, expulsan a su vez parte de su material al espacio interestelar. Este material puede entonces formar nuevas nubes y comenzar el ciclo de nuevo.
Alrededor del 99% del material entre las estrellas está en forma de gas, es decir, consiste en átomos o moléculas individuales. Los elementos más abundantes en este gas son el hidrógeno y el helio (que ya vimos que también son los elementos más abundantes en las estrellas), pero el gas también incluye otros elementos. Una parte del gas está en forma de moléculas -combinaciones de átomos-. El 1% restante del material interestelar son partículas sólidas-congeladas formadas por muchos átomos y moléculas que se denominan granos interestelares o polvo interestelar (Figura 1). Un grano de polvo típico está formado por un núcleo de material similar a la roca (silicatos) o grafito rodeado por un manto de hielos; el agua, el metano y el amoníaco son probablemente los hielos más abundantes.
Si todo el gas interestelar dentro de la Galaxia estuviera repartido suavemente, sólo habría aproximadamente un átomo de gas por cm3 en el espacio interestelar. (En cambio, el aire de la habitación en la que estás leyendo este libro tiene aproximadamente 1019 átomos por cm3). Los granos de polvo son aún más escasos. Un km3 de espacio sólo contendría entre unos cientos y unos miles de granos diminutos, cada uno de los cuales suele tener menos de una diezmilésima de milímetro de diámetro. Sin embargo, estas cifras son sólo promedios, ya que el gas y el polvo se distribuyen de forma irregular y en parches, del mismo modo que el vapor de agua de la atmósfera terrestre suele concentrarse en nubes.
En algunas nubes interestelares, la densidad del gas y el polvo puede superar la media hasta en mil veces o más, pero incluso esta densidad es más parecida a la del vacío que cualquiera que podamos hacer en la Tierra. Para mostrar lo que queremos decir, imaginemos un tubo vertical de aire que va desde el suelo hasta la parte superior de la atmósfera terrestre con una sección transversal de 1 metro cuadrado. Ahora extendamos el tubo del mismo tamaño desde la parte superior de la atmósfera hasta el borde del universo observable, a más de 10.000 millones de años luz. Por muy largo que sea, el segundo tubo seguiría conteniendo menos átomos que el de la atmósfera de nuestro planeta.
Aunque la densidad de la materia interestelar es muy baja, el volumen de espacio en el que se encuentra dicha materia es enorme, por lo que su masa total es sustancial. Para ver por qué, hay que tener en cuenta que las estrellas ocupan sólo una pequeña fracción del volumen de la Vía Láctea. Por ejemplo, la luz sólo tarda unos cuatro segundos en recorrer una distancia igual al diámetro del Sol, pero más de cuatro años en viajar del Sol a la estrella más cercana. Aunque los espacios entre las estrellas están escasamente poblados, ¡hay mucho espacio ahí fuera!
Los astrónomos estiman que la masa total de gas y polvo en la Vía Láctea equivale a cerca del 15% de la masa contenida en las estrellas. Esto significa que la masa de la materia interestelar de nuestra Galaxia asciende a unos 10.000 millones de veces la masa del Sol. Hay mucha materia prima en la Galaxia para fabricar generaciones de nuevas estrellas y planetas (y tal vez incluso estudiantes de astronomía).
Estimación de la masa interestelar
Se puede hacer una estimación aproximada de cuánta masa interestelar contiene nuestra Galaxia y también de cuántas estrellas nuevas se podrían fabricar con esta materia interestelar. Todo lo que necesitas saber es el tamaño de la Galaxia y la densidad media utilizando esta fórmula:
{masa total}= {volumen} {veces {densidad de átomos} {veces {masa por átomo}
Tienes que recordar que debes utilizar unidades consistentes -como metros y kilogramos-. Supondremos que nuestra Galaxia tiene forma de cilindro; el volumen de un cilindro es igual al área de su base por su altura
V={{pi} }{R}^{2}h
donde R es el radio del cilindro y h es su altura.
Supongamos que la densidad media del gas hidrógeno en nuestra Galaxia es de un átomo por cm3. Cada átomo de hidrógeno tiene una masa de 1,7 × 10-27 kg. Si la Galaxia es un cilindro con un diámetro de 100.000 años luz y una altura de 300 años luz, ¿cuál es la masa de este gas? ¿Cuántas estrellas de masa solar (2,0 × 1030 kg) podrían producirse a partir de esta masa de gas si todo se convirtiera en estrellas?
Comprueba lo que has aprendido
Puedes utilizar el mismo método para estimar la masa del gas interestelar alrededor del Sol. La distancia del Sol a la otra estrella más cercana, Próxima Centauri, es de 4,2 años luz. En Materia interestelar alrededor del Sol veremos que el gas en las inmediaciones del Sol es menos denso que la media, unos 0,1 átomos por cm3. ¿Cuál es la masa total de hidrógeno interestelar en una esfera centrada en el Sol y que se extiende hasta Próxima Centauri? ¿Cómo se compara con la masa del Sol? Es útil recordar que el volumen de una esfera está relacionado con su radio:
V=left(4\text{/}3\right)}{R}^{3}
Nombres de las nebulosas
Al observar los pies de foto de algunas de las espectaculares fotografías de este capítulo y de El nacimiento de las estrellas y el descubrimiento de planetas fuera del Sistema Solar, se dará cuenta de la variedad de nombres que se les da a las nebulosas. Algunas, que en los telescopios pequeños parecen algo reconocible, reciben a veces el nombre de las criaturas u objetos a los que se parecen. Algunos ejemplos son las nebulosas del Cangrejo, de la Tarántula y del Agujero de la Cerradura. Pero la mayoría sólo tienen números que son entradas en un catálogo de objetos astronómicos.
Tal vez el catálogo más conocido de nebulosas (así como de cúmulos estelares y galaxias) fue compilado por el astrónomo francés Charles Messier (1730-1817). La pasión de Messier era descubrir cometas, y su devoción por esta causa le valió el apodo de «El hurón de los cometas» del rey Luis XV. Cuando los cometas se ven por primera vez en dirección al Sol, parecen pequeñas manchas de luz borrosas; en los telescopios pequeños, es fácil confundirlos con nebulosas o con agrupaciones de muchas estrellas tan lejanas que su luz se mezcla. Una y otra vez, el corazón de Messier dio un vuelco al pensar que había descubierto uno de sus preciados cometas, sólo para descubrir que «simplemente» había observado una nebulosa o un cúmulo.
En su frustración, Messier se propuso catalogar la posición y el aspecto de más de 100 objetos que podían ser confundidos con cometas. Para él, esta lista no era más que una herramienta en el trabajo mucho más importante de la caza de cometas. Se sorprendería mucho si volviera hoy y descubriera que ya nadie se acuerda de sus cometas, pero su catálogo de «cosas borrosas que no son cometas» sigue siendo muy utilizado. Cuando la Figura 1 se refiere a M4, denota la cuarta entrada de la lista de Messier.
Un listado mucho más extenso fue compilado bajo el título de Nuevo Catálogo General (NGC) de Nebulosas y Cúmulos Estelares en 1888 por John Dreyer, que trabajaba en el observatorio de Armagh, Irlanda. Se basó en el trabajo de William Herschel y su hijo John, así como en el de muchos otros observadores que les siguieron. Con la adición de otros dos listados (llamados catálogos índice), la compilación de Dreyer llegó a incluir 13.000 objetos. Hoy en día, los astrónomos siguen utilizando sus números NGC para referirse a la mayoría de las nebulosas y grupos estelares.
Conceptos clave y resumen
Alrededor del 15% de la materia visible de la Galaxia se encuentra en forma de gas y polvo, y sirve como materia prima para nuevas estrellas. Alrededor del 99% de esta materia interestelar se encuentra en forma de gas: átomos o moléculas individuales. Los elementos más abundantes en el gas interestelar son el hidrógeno y el helio. Alrededor del 1% de la materia interestelar se encuentra en forma de granos sólidos de polvo interestelar.
Glosario
Polvo interestelar: diminutos granos sólidos en el espacio interestelar que se cree que están formados por un núcleo de material similar a la roca (silicatos) o grafito rodeado por un manto de hielos; el agua, el metano y el amoníaco son probablemente los hielos más abundantes
Medio interestelar (ISM): (o materia interestelar) el gas y el polvo que se encuentra entre las estrellas de una galaxia
nebulosa: una nube de gas o polvo interestelar; el término se utiliza con mayor frecuencia para las nubes que se ven brillar con luz visible o infrarroja