La nebulosa de la Nebulosa de Orión

«Que se quede el infinito sin estrellas.»
Trío Los Panchos, Piel canela

El día que nos encontramos en la Costanera para observar el cometa ZTF, mi amigo y astromago Javo Fabris me contó sobre el programa StarNet, que remueve las estrellas de las fotos astronómicas. Me encantó, y lo apliqué a la foto de la Nebulosa de Orión que mostré hace poco. Acá está la nebulosa, sólo la nebulosa de la Nebulosa de Orión:

Como comenté en aquella ocasión, las estrellas suelen salir demasiado grandes en las fotos astronómicas. Hay tres razones principales: la inestabilidad de la atmósfera (el seeing, siempre malo en Bariloche), el diseño del telescopio (el límite de difracción), y la precisión del guiado (mi mayor limitación). Así que esta técnica nos permite disfrutar de la encantadora nube cósmica sin que nos distraigan exageradas estrellas. Algunas partes de la Nebulosa de Orión tienen nombres propios que se usan de manera más o menos informal:

Lo que vemos con el ojo en el ocular son las partes más brillantes y más verdeazuladas de esta nube de gas y polvo interestelar. El color verdoso de ambas alas y de la región de Huygens (donde está el Trapecio) suele ser apreciable. Pero hace poco, usando mi telescopio de 20 cm en un sitio muy oscuro, por primera vez en mi vida alcancé a distinguir un rojo muy profundo, muy al límite de mi visión, junto al Ala este.

El nombre de la nube oscura de donde parten ambas alas alude a un pez escalar o ángel, que alguna gente reconoce en la silueta de M 42. Esta necesidad de darles nombres a las partes de un objeto complejo es natural, y sirve para intercambiar información y apreciaciones entre observadores sin tener que decir "la partecita finita de acá" o la "cosa redonda de allá". Hace 200 años John Herschel trató de sistematizarlo para esta nebulosa, comparando las descripciones que habían hecho observadores anteriores. Su propio dibujo está muy bueno, y me gusta que tiene las estrellas chiquititas, como las vemos en el ocular. Aquí lo comparto, invertido y negativo del original. ¿Ven el pez?

En su artículo, Herschel describe la silueta como «la cabeza, hocico y mandíbulas de algún monstruoso animal —un parecido ya sugerido por [Guillaume Le] Gentil». Y también deja una versión anotada, con la nebulosa apenas delineada, con su propuesta de nombres (acá sin invertir, para que se lea el texto):

Allí bautiza la Boca del pez como Fauces seu Sinus magnus, es decir Garganta o Gran bahía. Este último nombre todavía puede encontrarse en algunas cartas topográficas, como ésta de Patricio Domínguez Alonso:

La filigrana oscura de la Boca del pez (y el resto de la nube oscura que separa M 42 de M 43) es medio fantasmagórica, y hoy podríamos llamarla el Dementor. En fotos del Hubble es magnífica.

La Barra (que aquí vemos cerca del borde inferior del recorte) es interesante. Es una de las regiones más brillantes, y marca una transición muy brusca entre la zona verde y la roja. Hay allí un verdadero acantilado (que vemos desde arriba) que nos muestra la burbuja de gas ionizado por la radiación de las estrellas azules del Trapecio. Es un "frente de fotodisociación": del lado verde el gas es hidrógeno ionizado, mientras que del rojo es hidrógeno molecular e hidrocarburos. Una imagen súper reciente del telescopio Webb (no difundida oficialmente) muestra esta región en detalle jamás visto:

Para terminar, otra región interesante se encuentra del lado de la Vela. Un fenómeno ubicuo en la naturaleza, desde la formación de nubes en forma de onda, o rulos en el mar o en la atmósfera de los planetas gigantes, u olas en el mar. Es una inestabilidad de Kelvin-Hemholtz, que forma ondas en la superficie de la nebulosa, allí donde "sopla" el viento estelar (del Trapecio, que está bastante lejos hacia la izquierda, a varios años luz).

Esta imagen contiene información infrarroja (del Telescopio Muy Grande), ya que en luz visible las ondas no se destacan tanto. Pero con ganas se pueden adivinar incluso en mi fotito:

¡Habrá más sobre la Nebulosa de Orión, próximamente!

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El paper de Herschel es Account of observations made with a twenty-feet reflecting telescope, y está disponible online. De allí son sus dos ilustraciones.

La topografía de M 42 es de Patricio Domínguez Alonso (2011). Domínguez Alonso fue un paleontólogo español, gran amante de la astronomía y divulgador científico.

El paper sobre las ondas KH es: Berné et al., Waves on the surface of the Orion Molecular Cloud, Nature (2010) (disponible también como arxiv.org/abs/1011.0295).

Hay un par de recortes de fotos del Hubble, del Webb y del VLT, fácilmente reconocibles (más que nada por el numero de puntas de las estrellas: 4, 6 y 0). Las demás fotos son mías.

Felix equilux

Esta semana fue el equinoccio de marzo, también llamado punto vernal o primer punto de Aries, que marca el comienzo del otoño en el hemisferio sur y la primavera en el norte. En Bariloche los bosques de lengas ya empiezan a pintarse con el encantador color rojo que en pocas semanas cubrirá las laderas. 

El equinoccio es un instante, no un día. Es cuando el centro del Sol está justo sobre el ecuador terrestre. Este año ocurrió el 20 de marzo a las 21:24 UT (18:24 hora argentina). 

Como se ve en la ilustración, en el momento del equinoccio los rayos del Sol caen verticalmente sobre el ecuador (el Sol está en el cenit), pero a distintas latitudes llegan con una inclinación. También se puede ver en la ilustración que los hemisferios de día y noche quedan separados justo por un meridiano. Esto hace que en todos los puntos que tienen una misma longitud geográfica, el Sol sale y se pone a la vez, y en todo el planeta sale y se pone a la misma hora local (hora solar, hay diferencias con la hora civil por los husos horarios). El diagrama está bien, pero es encantador ver lo mismo en una foto-foto, de uno de los satélites meteorológicos GOES, que ven (casi) un hemisferio entero. Esta es una imagen del día 20 un poco después del equinoccio (para que quedara la línea de atardecer en medio del disco):

La palabra equinoccio significa que los días duran lo mismo que las noches. Este diagrama muestra la duración de las horas diurnas a lo largo del año, para distintas latitudes. Se puede ver que en los equinoccios todas las latitudes tienen 12 horas de luz solar: la línea de 12 horas (la que separa los dos tonos de verde) se pone vertical en los equinoccios.

Pero si se fijan con atención, se ve que los equinoccios (dos de las líneas azules verticales) no coinciden exactamente con el momento de 12 horas diurnas: hay una pequeña diferencia. Esto se debe a que el equinoccio corresponde al momento en que el centro del Sol está sobre el ecuador. Pero el día no comienza cuando el centro del Sol se alza sobre el horizonte, sino con el momento en que el bordecito de arriba del disco solar se asoma. Además, cuando el Sol está rasante, atraviesa mucha atmósfera terrestre, que curva sus rayos por refracción. En realidad ¡vemos aparecer el Sol cuando el disco entero está "geométricamente" todavía debajo del horizonte! Los programas que simulan el cielo tienen en cuenta este fenómeno, y podemos visualizarlo como si el horizonte fuera transparente. Esta es la situación en Bariloche, por ejemplo:

Desde hace algunos años, el momento en que el día y la noche son exactamente iguales se llama equilux. Por supuesto es alrededor de los equinoccios, pero el momento exacto depende de la latitud, de la elevación (que cambia el horizonte), y también de la presión atmosférica. A 40 grados de latitud sur (Bariloche), el equilux ocurre el 23 de marzo. A la latitud de Buenos Aires es el 24 de marzo. En el hemisferio norte fue un poquito antes del equinoccio. En todo caso, ¡feliz equinoccio, feliz otoño, feliz primavera, feliz equilux! A celebrar parando huevos.

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La foto del cerro Tronador visto desde el cerro Flores de León es mía.

La ilustración del equinoccio es de Wikipedia (dominio público). 

La imagen satelital es de NOAA/GOES.

El gráfico de las horas del día no me acuerdo de dónde lo saqué, probablemente de Wikipedia.

La ilustración del sol naciente con y sin atmósfera la hice con Cartes du Ciel.

El cúmulo solar

Las estrellas (la inmensa mayoría) nacen de a muchas, en grandes regiones de formación estelar, donde forman cúmulos estelares. Es el fenómenos que hemos contado recientemente, en relación a las nebulosas Tarántula y Orión. Nuestro Sol seguramente nació en un cúmulo, hace 4570 millones de años. No uno tan grande como el de la Nebulosa Tarántula, seguramente. Uno normalito. Incluso hay quien cree que el Sol nació en el cúmulo M 67, como conté hace algunos años.

Messier 67 tiene unas 500 estrellas, y una masa equivalente a unas 1000 veces la del Sol. Es un cúmulo antiguo, y muchas de sus estrellas originales lo han abandonado. Es posible que inicialmente haya tenido 10 veces más masa, y muchas más estrellas. Como conté en aquella nota, a pesar de la coincidencia de edades y de composición química, lo más probable es que nuestro sistema solar no se haya formado allí. 

¿Cómo habrá sido nuestro cúmulo natal? ¿Cuántas estrellas habrá tenido? Hace poco leí un argumento que me pareció muy ingenioso para calcularlo. Imaginen la siguiente línea temporal:

En el cúmulo se van formando continuamente estrellas tipo Sol (secuencia en azul, con el Sol en verde), durante varios millones de años. También se forman estrellas masivas (en rojo), que viven sus vidas mucho más rápido, algunas de las cuales terminan explotando como supernovas (de tipo II, dice CCSN) cuando todavía se están formando estrellas (esto también lo contamos en la nota sobre la Tarántula). Si alguna de estas supernovas ocurrió justo cuando se estaba formando el sistema solar, lo habría sembrado con elementos químicos exóticos en un momento particular. Y resulta que hoy en día podemos detectarlos y medirlos, en meteoritos como las condritas carbonáceas, o en granos de polvo interplanetario antiguos. Un tipo de partículas muy antiguas son las inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAI en la figura). Existen CAIs ricas en ²⁶Al (se lee "aluminio 26"; es un isótopo del aluminio con un neutrón de menos que el estable) y otras pobres en ²⁶Al. La relación que se observa entre la cantidad de CAIs ricas y pobres en ²⁶Al requiere que la inyección de isótopos se haya producido en una ventana muy estrecha (unos 100 mil años) en la prehistoria del sistema solar (en la figura, SLR significa radionucleídos de vida corta). Esto requiere que haya explotado al menos una supernova en ese momento, lo cual permite calcular la cantidad de estrellas en el cúmulo. Es un modelo matemático, por supuesto, pero basado en lo que sabemos sobre la evolución estelar y la composición isotópica de nuestro sistema solar. Es muy ingenioso.  

¿Y cuanto da? El resultado es que el cúmulo solar tuvo probablemente más de 2 mil estrellas, y hasta 20 mil estrellas si la duración de la fase de formación estelar fue muy breve (menos de 5 millones de años). Estos valores son al menos 10 veces mayores que estimaciones anteriores. Tal vez M 67 haya tenido 2000 estrellas cuando se formó. Pero un cúmulo de 20 mil de estrella es un cúmulo grande. Hoy en día tenemos unos pocos cúmulos jóvenes tan grandes. Uno de ellos apareció en la nota reciente sobre estrellas raras en Carina: el cúmulo NGC 3603, una versión miniatura de 30 Doradus:

¿Habrá sido así el cúmulo natal de nuestro sistema solar? Tengo que fotografiarlo con el telescopio...

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El paper es:

Arakawa & Kokubo, Number of stars in the Sun's birth cluster revisited, Astronomy & Astrophysics (2023). Se lo puede descargar como preprint On the Number of Stars in the Sun’s Birth Cluster, arXiv:2212.13772v1. De allí es la figura de la formación estelar en el cúmulo.

La foto de NGC 3603 es de NASA/ESA/O'Connell/Paresce/Young/WFC3/STScI/AURA.

El cúmulo de Orión

«The most remarkable of the nebulae are, that in the
sword-handle of Orion, and that in the girdle of Andromeda.»
John Herschel, Account of Observations (1826)

¡Se me acaba el verano y no publiqué nada sobre la constelación estival favorita de los aficionados australes! Hice una foto de la Gran Nebulosa de Orión, una noche con bastantes dificultades técnicas, en el observatorio de mi amigo Daniel Chiesa, en Ñirihuau Arriba. Con mi propio telescopio, fui sólo de visita, eh, así que todo culpa mía. Pero unas exposiciones que hice de Orión salieron sorprendentemente buenas (debe haber sido mérito de Marcelo Álvarez, que me ayudó). Así que las procesé, y aquí está la foto:

Ya sé: guau, buenísima, ¿cómo la hiciste? ¿esos colores son reales? ¿es como la veríamos de cerca? etcétera etcétera. Me ocuparé de algunas de esas cuestiones otro día. Para hoy rescaté algunas estrellas individuales, que vemos siempre mezcladas en el ordenado caos nebular de Messier 42.

Hace poco, en una velada con amigos desde un lugar extremadamente oscuro, estuvimos observando la nebulosa a través del telescopio. Y lo que se ve con el telescopio es muy distinto de una foto. Tal vez lo más llamativo sea lo pequeñas que se ven las estrellas, apenas chispitas de luz azul, infinitesimales, sobre el terciopelo nebular. Las fotos son muy lindas y coloridas, pero son otra cosa. Y ninguna de las técnicas que conozco para "achicar las estrellas" en post-procesamiento se acerca siquiera a algo parecido, así que las dejé como estaban.

Las estrellas que vemos aquí (y muchas más) forman parte de un gigantesco racimo estelar que a veces se llama Cúmulo de la Nebulosa de Orión. Todas ellas nacieron en, y del, Complejo de Orión, una de las grandes regiones de formación de estrellas de la Vía Láctea, y la más cercana a nosotros (1400 años luz). La Nebulosa de Orión (M 42) es una especie de burbuja reventando en una de sus componentes, llamada Orión A (en Orión B están la Llama y la Cabeza de caballo, junto a la estrella Alnitak, y hay más nubes, abarcando toda la constelación de Orión).

Las responsables del reventón que nos permite ver dentro de Orión A son miembros de la notable estrella múltiple Theta 1 Orionis, conocida como el Trapecio. ¡Se ven tan bien en el telescopio! Aquí se las muestro en una foto anterior:

La más brillante, la C, es la responsable de casi todo el brillo de la Nebulosa de Orión. Pero no son siquiera las 4 que vemos en el telescopio, ni las 6 que se distinguen en esta foto. El Trapecio es un cumulito más que una estrella múltiple: una veintena son las más brillantes, pero hay un centenar más de estrellitas. Son las recién nacidas del Cúmulo de Orión, tienen menos de un millón de años, y su berrinche de viento estelar y ultravioleta está erosionando el gas y polvo del que nacieron. 

Junto a ellas, Theta 2 Orionis forma un triplete de estrellas alineadas, también de menos de un millón de años (la más brillante es de magnitud 5, comparable a Theta 1 Ori C). Cuando las vemos en el telescopio, inevitablemente todo el mundo cree que son las Tres Marías. ¡No son! Todas las estrellas (y la nebulosa) de mi foto de arriba, TODAS ellas, son lo que a simple vista vemos como una única estrellita de morondanga en medio de la Daga de Orión. Las Tres Marías están cerca, pero a otra escala. Lo que revela un telescopio es increíble, imagínense cómo se habrá caído sentado Galileo, si nos pasa a nosotros que ya sabemos todo sobre la vida, el universo y todo lo demás. Esta es la Daga entera, que a simple vista es tan poca cosa, apenas tres estrellitas:

La otra estrella bien brillante de la región es Nu Orionis, responsable del brillo de M 43 (que parece separada de M 42 por una nube fría y oscura que se interpone, pero forma parte de la misma nebulosa). Es una estrella de magnitud 4 (comparable al Trapecio entero), así que podríamos verla individualmente a ojo desnudo, si su luz no se mezclara con la de sus numerosas vecinas. Es también una estrella joven, pero no tan joven como las del Trapecio. En medio de la nube oscura se destaca solitaria una estrella muy roja: Brun 862, con un índice de color 2.37. Se trata de una supergigante roja (una estrella pesada al final de su vida, como Betelgeuse o Antares). Así de roja como se la ve, es una estrella de clase K, que debería verse más bien anaranjada (con B-V 1.5). Si quieren buscar una parecida, busquen Pi Puppis, a mitad de camino entre Sirio y Canopus. A Brun 862 la vemos mucho más roja porque está dentro de la nube de polvo, como cuando vemos el Sol a través del humo de un incendio. 

Para el otro lado que estas dos vemos, en medio de una región con menos estrellas, a V 372 Orionis. No sé si me gusta porque es miembro de una clase de estrellas jóvenes de brillo irregular llamadas "variables Orión", o porque vive en medio de una zona que combina los colores azul y rojo de la nebulosa de manera encantadora. Es algo irresistible para un cuervo:

Me da la impresión de que esta parte de la nebulosa podría estar brillando por reflexión de la luz estelar, y no por fluorescencia como casi todo el resto. Pero tal vez me equivoque. Si alguien lo sabe, que comente. 

La última estrella notable que marqué, T Orionis, también es una variable Orión, una estrella muy joven de brillo irregular. En este caso se trata incluso de una estrella pre-secuencia principal (clase Herbig Ae/Be). Es decir que está brillando por contracción, pero todavía sin fusionar hidrógeno en su núcleo, y que aún no terminó de separarse de la nebulosa en la cual se formó como proto-estrella. La Nebulosa de Orión tiene la más rica colección de estrellas pre-secuencia principal en un entorno de miles de años luz de nosotros, así que son particularmente importantes para estudiar la formación estelar.

De todos modos, así como vemos la nebulosa rebosante de estrellas bebé, se ha descubierto recientemente que la formación estelar ocurre de manera episódica (lo mencionamos en el caso de la Tarántula hace poco). Un estudio cuidadoso de colores y brillos (complicado, porque como vimos, la nebulosa distorsiona los colores), muestra que hay al menos tres episodios de formación estelar distinguibles en el cúmulo de Orión, que vienen ocurriendo cada millón y pico de años. El Trapecio y sus vecinas (y otras que no vemos, dentro de la nebulosa) serían una nueva ola. Y hay además tantas proto-estrellas que la actividad va a seguir todavía por bastante tiempo.

Más sobre la Nebulosa de Orión, en breve. (PS: Aquí.) 

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Las fotos son mías, salvo la de V 372 Orionis, que es de NASA/ESA/Hubble, dada a conocer muy recientemente, a principios de 2023.

El paper sobre los pulsos de formación estelar en el cúmulo de Orión es: Beccari et al., A Tale of Three Cities: OmegaCAM discovers multiple sequences in the color-magnitude diagram of the Orion Nebula Cluster, Astronomy & Astrophysics (2017) (disponible en arXiv). Hay incluso estudios anteriores.

"Theta" se pronuncia zeta (con la lengua entre los dientes, como en español ibérico). No seta, y mucho menos tita, como suele escucharse entre mis colegas. Es la inicial de palabras latinas que empiezan con th en inglés y con t en castellano, como teatro, etc. Es una de las dos zetas del griego. La otra es la dseta, que se pronuncia como la z del francés: como una z española pero con la lengua contra el paladar en lugar de entre los dientes. Es la inicial de palabras castellanas que comienzan con zeta, como zoología, etc.