Breve explicación del espectro electromagnético y las líneas de emisión.

¿Alguna vez te has preguntado como es que las nebulosas brillan con esos colores tan hermosos que vemos en tantas fotos, libros e internet? ¿Te has preguntado de donde surge el llamativo color rosado de la nebulosa que brilla detrás de la nebulosa oscura cabeza de caballo, de la multicolor nebulosa de Orión o el verde esmeralda de la nebulosa Dumbbell? En la presente entrada trataré de explicarlo, puede que un día tus hijos o amigos te pregunten a ti, amigo lector, incrementa su interés con la fascinante respuesta. Aquí vamos…..

La luz, amigos míos, viaja a través del universo como una onda (y partícula al mismo tiempo) como las olas lo hacen en el mar. En el mar podemos ver que siempre existe una distancia entre la cresta de una ola a la otra ¿No es así? Bueno a esta distancia entre las crestas de olas nosotros la llamaremos longitud de onda, mismo nombre que se le da a la distancia que hay entre las “olas” de la luz que viajan a través del universo y la tierra.

Ahora bien, la luz forma solo una parte del “espectro electromagnético”

Nosotros los seres humanos solo podemos ver cierta parte de este espectro y es cuando la distancia entre las ondas o “crestas de olas” caen en un rango entre los 400 nanómetros y los 700. (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro) El resto de las olas permanece invisible a nuestros ojos, pero eso no significa que no estén allí, ciertamente están, pero la distancia entre la crestas de sus ondas son o más largas de 700 nm (nanómetros) o más cortas que 400nm y por eso no podemos verlas. Cuando la distancia entre las crestas son más cortas, más energía contienen estas.

Por ejemplo, los rayos X, con la que nos toman las radiografías en los hospitales, son parte del mismo espectro electromagnético pero tienen un longitud de onda entre 0.01 y 10 nanómetros; esa longitud entre crestas es mucho más corta que la luz que nuestro ojos pueden ver ¿cierto? son por eso mucho más energéticas, pero no son las que más energía tienen; los rayos gamma son más energéticos aún porque su longitud de onda es más corta, la distancia entre las crestas de sus olas es cortisima y ¡cuando algo tiene mucha energía es peligroso! Los rayos ultravioleta (UV) que tienen una longitud de onda de entre 380 y 15 nanometros son tan energéticos que provocan las clásicas quemaduras de sol de los días de playa e incluso pueden provocar daños al ADN celular induciendo el cáncer.

La energía de los rayos gamma, X y UV es también suficiente como para causar que los electrones sean removidos de algunos átomos, cuando esto pasa, la materia adquiere una carga eléctrica y decimos entonces que se ioniza, por eso a estos rayos se les llama “radiación ionizante”

Bien, pues ya sabemos que los rayos gamma, X y UV son más energéticos que las longitudes de onda de la luz que nuestros ojos pueden ver ¿Pero que tipos de onda tenemos después de los 700 nm, el cual es el límite máximo que podemos ver? Bueno pues los famosos rayos infrarrojos, las microondas y las ondas de radio cuya distancia entre las crestas de sus ondas puede ser más larga que lo que mide un oso grizzly, ¡unos 3 metros! Pueden ser incluso kilometros de largas.

Interesante, ¿no? Bien, toda esta explicación era necesaria para poder entender porque algunas nebulosas emiten esa bella luz de colores. Las nebulosas que emiten luz propia son llamadas nebulosas de emisión (emiten luz y mucha radiación); aunque no todas las nebulosas que emiten luz propia son nebulosas de emisión, como ejemplo mencionaré los remanentes de supernova y las nebulosas planetarias (nebulosas generadas por la expulsión de las capas exteriores de una estrella moribunda)

Pero bueno, lo que nos importa en este articulo es saber porque emiten ese color de luz, volvamos a eso. Toda nebulosa que brilla es porque una estrella cercana le está brindando mucha energía en forma de rayos UV, luz visible etc ¿Y qué sucede cuando esta radiación proveniente de las estrellas choca con las nebulosas compuestas de muchos tipos de gases? ¡Las ioniza! ¿Recuerdas lo que mencioné de la radiación ionizante?

La energía de la radiación electromagnética ionizante de las estrellas causa que los electrones que giran alrededor de los núcleos de los átomos se removidos o su nivel cuantico de energía cambie, los electrones son forzados a moverse a un nivel más alto de energía, pero los electrones son tercos y quieren volver a estar en el nivel de energía más bajo, así que regresan de nuevo a donde estaban, pero cuando lo hacen, reemiten el exceso de energía que ganaron, en la forma de un fotón, ¿Que es un fotón? los fotones son las partículas que componen el espectro electromagnético, es decir, los rayos gamma, la luz visible, el infrarrojo etc.

Entonces, el fotón sale disparado viajando como las olas que mencionamos anteriormente y cuando lo hace, lo hace con cierta distancia entre cresta y cresta, es decir con cierta longitud de onda y ¡cada longitud de onda (si está entre los 400 y 700 nm) la podemos ver de diferente color dependiendo su tamaño!

Por ejemplo, cuando la radiación UV “golpea" el gas hidrógeno de las nebulosas, excita los átomos de hidrógeno y cuando eso sucede, los tercos electrones que fueron removidos de su cómodo nivel bajo de energía a uno de más alta energía regresan a donde estaban emitiendo “olas" con distancias entre cresta y cresta que van de los 100 nm a los más de 10,000 nm. Ahora bien, la mayoría de las veces suele suceder con ondas con una longitud entre cresta y cresta de 656.28 nm y es precisamente a esta línea de emisión a la que se le llama “hidrógeno alfa” la cual es visible y nuestros ojos captan con un color rojo o rosado fuerte.

Bien, si nuestros ojos pueden ver el rojo de las nebulosas y este color proviene del hidrógeno ionizado por las estrellas, ¿Que del color verdoso de otras nebulosas? Primero debemos aclarar que este color no viene del hidrógeno excitado (entiéndase ionizado) ¿Entonces de cual elemento químico? ¡El color verdoso proviene del oxígeno doblemente ionizado! o como se expresa en la nomenclatura científica “[OIII]"

En este caso, el terco electrón no libera fotones a longitud de onda de 656.28nm como lo hace desde el hidrógeno, sino a 500,7nm y 495.9 nm, y cuando la longitud de onda cae dentro de ese rango nuestros ojos la detectan como luz verde, entonces dependiendo de la longitud de onda es el color que captamos, tal como se muestra en la siguiente imagen.

Normalmente el hidrógeno ionizado (HII o hidrógeno alfa) existe en mayor cantidad, por eso las nebulosas más grandes del cielo son rojas, pero algunas veces la intensidad del [OIII] lo supera y surge el color verdoso en algunas otras nebulosas. Existen infinidad de líneas de emisión además de las del HII y [OIII], como ejemplos podemos mencionar el azufre ionizado [SII] el helio doblemente ionizado [HeIII] etc.

Algunas de estas líneas son reproducibles en laboratorios terrestres, pero otros no, como el OIII, que solo ocurre en condiciones de muy baja densidad, densidades que aún son imposibles de alcanzar de manera artificial.

Todas estas líneas son muy importantes porque con ellas (además de otras líneas espectrales que se estudian) es que podemos saber el tamaño, la composición e incluso la masa de esas grandes y coloridas nubes de gases que flotan en la inmensidad del espacio interestelar llamadas nebulosas.

En la siguiente entrada hablaré un poco más del [OIII], HII y su importancia y utilidad en la astrofotografía.

Gracias por leer esta nota escrita para ti, querido lector.

Andres Noriega.