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Nebulose Diffuse, ricordi dell'universo primordiale

Le nebulose diffuse oltre ad essere indubbiamente tra gli oggetti più scenici ed eleganti del cielo, molto spesso rappresentano anche le ultime tracce dell'universo primordiale all'interno delle galassie.


Le nebulose diffuse sono nuvole di materia interstellare. sottili ma diffuse agglomerazioni di gas e polvere. Rimasugli di antico gas primordiale che ancora non ha generato stelle. Tracce primordiali del gas sopravvissuto dai tempi in cui l'universo dopo il big bang non aveva ancora visto accendersi stelle nelle galassie. Quando guardiamo queste nebulose è come se guardassimo ciò che esisteva al tempo delle prime proto-galassie.

Sono escluse da queste considerazioni le nebulose diffuse generate dalla morte di una stella, come spiegato in questo articolo: nebulose planetarie.
Oppure quelle generate dall'esplosione di supernovae, in questo approfondimento scoprite come: Cosa sono le supernovae?.

In questo approfondimento ci concentreremo su quelle nebulose diffuse non generate da morti stellari, ma costituite da gas primordiale e che esistono da quando esistono le galassie.
Queste sono le nebulose ad emissione e le nebulose a riflessione.
Stiamo parlando di nebulose come M42 (Nebulosa di Orione), o come la nebulosa rosetta, oppure ancora la nebulosa aquila, o la nebulosa tarantola.
Questi oggetti sono estremamente antichi, e prima che le galassie si addensassero di stelle erano tutto ciò che esisteva nelle proto-galassie e nell'universo.
Si, perché questo tipo di nebulose sono i luoghi in cui nascono le stelle. Quello che vediamo oggi nella nostra galassia e nelle galassie vicine sono zone dove i venti stellari e le perturbazioni gravitazionali non hanno ancora innescato il meccanismo che porta alla formazione stellare. E quando queste nebulose sono davvero grandi non generano singole stelle ma addirittura ammassi stellari: gli ammassi aperti.

Ma perché le vediamo così belle e brillanti?
La risposta ci porta a classificare le nebulose diffuse in due sotto tipi: Le nebulose ad emissione e le nebulose a riflessione. 



Nebulose ad emissione.

Le nebulose ad emissione sono nubi di gas ionizzato (definizione su wikipedia).
La loro massa varia generalmente da 100 a 10.000 masse solari e questo materiale può essere distribuito su un volume che va da meno di un anno luce a diverse centinaia di anni luce.
Per questo motivo, le loro densità sono molto varie. Vanno da milioni di atomi per centimetro cubo a pochi atomi (per centimetro cubo).
Facendo una media i cosmologi ritengo che la maggior parte di queste nebulose hanno densità dell'ordine di 1.000 atomi per centimetro cubo. Ciò significa che sono estremamente rarefatte rispetto all'aria che respiriamo sulla Terra.
La loro temperatura media invece è di circa 10.000 gradi centigradi, circa il doppio della temperatura sulla superficie solare che si aggira sui 5.500 gradi!

Uno dei tipi più comuni di nebulosa a emissione si verifica quando una nube di gas interstellare ricca di atomi di idrogeno neutri è ionizzata da stelle vicine di tipo O oppure di tipo B. Questo tipo di stelle sono estremamente calde e luminose, ed emettono grandi quantità di fotoni ultravioletti (UV) ad alta energia. I fotoni di queste stelle penetrano violentemente nella nebulosa e ne rompono gli atomi di idrogeno neutro. La conseguenza è che nella nebulosa vagano in maniera separate nuclei di idrogeno ed elettroni.
A questo punto queste "parti di atomi" si ricombinano assieme per formare di nuovo idrogeno neutro, ma questa volta in uno stato eccitato. Ora, quando l'atomo di idrogeno neutro ritorna al suo stato di energia più basso, emette fotoni a lunghezze d'onda equivalenti alle differenze di energia tra gli stati consentiti di idrogeno. A lunghezze d'onda ottiche, la più importante di queste transizioni corrisponde alla parte rossa dello spettro. Questa è la lunghezza d'onda di Hα (Acca Alfa), ed è proprio questa lunghezza d'onda che dona alle nebulose ad emissione il loro caratteristico colore rosso.

Questo tipo di nebulosa di emissione viene normalmente indicata come regione HII (regione H-due pronunciata), poiché è pratica comune per gli astronomi riferirsi all'idrogeno neutro come HI (H-uno) e all'idrogeno ionizzato come HII ()H-due.
Queste nebulose sono forti indicatori dell'attuale formazione stellare poiché le stelle O e B che ionizzano il gas vivono solo per un tempo molto breve e molto probabilmente sono nate all'interno della nube che ora stanno illuminando. Una delle più famose nebulose a emissione è la Nebulosa di Orione (M42) situata appena sotto la cintura di Orione.

Un altro tipo comune di nebulosa di emissione è una nebulosa planetaria.
Al contrario delle nebulose ad emissione, queste nebulose sono estremamente giovani. In questo caso il gas eccitato non è necessariamente dominato da idrogeno ionizzato, ma può anche contenere quantità significative di elio ionizzato (HeII, emissione blu) e ossigeno doppiamente ionizzato (OIII, emissione verde). Poiché è necessaria molta più energia per ionizzare l'elio rispetto all'idrogeno, le aree più blu delle nebulose planetarie sono le più calde e indicano le aree di massima eccitazione.


Nebulose a Riflessione
Le nebulose a riflessione sono nubi di gas e polvere interstellari che riflettono la luce proveniente da altre stelle. La differenza con le Nebulose ad emissione è molto lieve ma significativa. Queste nebulose riflettono effettivamente la luce di stelle vicine, mentre quelle ad emissione emettono luce di conseguenza al processo di ionizzazione causato da stelle vicine.

La comparsa delle nebulose a riflessione accade nei dintorni di stelle che non sono abbastanza calde per eccitare gli atomi di idrogeno della nube, sarebbero nebulose ad emissione, ma sono comunque abbastanza brillanti da illuminare i gas vicine.
Le nebulose a riflessione sembrano avere un colore blu. Questo perché le particelle nella nebulosa riflettono la luce blu in modo più efficiente di quanto disperdano la luce rossa.
Lo stesso effetto è responsabile del fatto che, sulla terra, il nostro cielo sia blu e non rosso durante il giorno. La parte blu della luce solare (che è una miscela di luce di tutti i colori) è dispersa nell'atmosfera terrestre molto di più di qualsiasi altro colore. Quindi, la luce blu viene dispersa in superficie da tutte le parti del cielo, mentre gli altri colori passano principalmente attraverso l'atmosfera senza essere deviati. Al tramonto invece, quando il percorso della luce attraverso l'atmosfera è molto più lungo, accade il contrario: la luce rossa penetra più in profondità nell'atmosfera mentre la luce blu viene dispersa e riflessa molto prima che possa raggiungere la superficie della terra.
Questo principio ci da romantici tramonti rossi e magiche albe, mentre applicato alle nebulose a riflessione ci dà quei colori estremamente chiari con la quale appaiono nelle fotografie.

Nell'universo il fenomeno della riflessione non avviene soltanto per le nebulose. Recentemente sono state addirittura scoperte intere proto-galassie che reagiscono più o meno come una nebulosa a riflessione. Queste giovani galassie sono essenzialmente enormi nubi di idrogeno ed elio che si sono formate nell'universo primordiale e non hanno ancora iniziato la loro formazione stellare. Un oggetto vicini e molto luminoso, un quasar per esempio, può illuminare il gas di queste galassie in modo che possiamo vederle anche se non hanno stelle e non emettono luce. È lo stesso principio delle nebulose a riflessione, solo su una scala molto più grande.


Concludiamo questo nostro approfondimento sulle nebulose diffuse dicendo che purtroppo, pur essendo residui di gas primordiale rimasto inutilizzato nella galassia da tempi antichissimi, la loro vita, da quando iniziano a generare stelle, non dura a lungo (almeno su scale temporali astronomiche). infatti quando la formazione stellare a inizio, grazie a turbolenze gravitazionali subite da oggetti più o meno vicini, queste nebulose lasciano lentamente il posto ad ammassi aperti di nuove stelle.

La prossima volta che guarderete verso la costellazione di orione, là dove ora c'è M42 che vi appare appena come un batuffolo luminoso ad occhio nudo o con un binocolo, riflettete sul fatto che oggi, la più famosa nebulosa diffusa potrebbe non esserci più, e al suo posto potrebbero già esserci qualcosa di simile alle pleiadi: un'ammasso aperto di stelle che si stanno lentamente sparpagliano. 










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