Ángel Domínguez Garciacano [1o Copán], Diego Gómez Franco[1o Copán], Sara Lua Martínez Hernández[1o Copán]
| Actualmente las nebulosas planetarias son un fenómeno astronómico fabuloso, en su descubrimiento se pensó que eran planetas, sin embargo después con telescopios más avanzados se supo que eran nubes de gas, y con el paso del tiempo se supo que eran un tipo de nebulosa, y siglos después se supo que nuestro sol se iba a convertir en una nebulosa planetaria. Son el tipo de nebulosa más estudiado y es uno de los tipos más abundantes en la galaxia. La herramienta con la que se estudian las nebulosas planetarias es el espectroscopio, y en este trabajo se construyó un espectroscopio casero para visualizar cómo se podría ver el espectro de la luz, junto también con una rejilla de difracción y una maqueta que simula ser una nebulosa planetaria, y para que la gente pueda visualizar como se ve una nebulosa planetaria, se replicara la composición química de la nebulosa planetaria así como su estructura. Nuestro proyecto busca que las nuevas generaciones se interesen más en este fascinante tema a pesar de la complejidad del tema y la falta de interés de las nuevas generaciones |
| Currently, planetary nebulae are a fabulous astronomical phenomenon. At first, scientists thought they were planets. However, with advanced telescopes, they discovered they are clouds of gas. Later, we learned they are a type of nebula, and centuries after, we discovered that our Sun will become a planetary nebula in the future. They are the most studied nebulae and are very common in the galaxy.
The tool to study these nebulae is the spectroscope. In this project, we built a homemade spectroscope to see the light spectrum. We used a diffraction grating and a model of a planetary nebula. To help people visualize it, we replicated the chemical composition and the structure of the nebula. Our project wants new generations to be more interested in this fascinating topic, despite its complexity and the lack of interest in science today. |
Tictemohuaj in nebulosas planetarias ihuan inin tequitl ken tlatecpanohqueh in tlalticpac, itech in espectroscopia. Ica se espectroscopio calchijchijchiujtli ihuan se maqueta, ticnextijqueh quen in tlahuilli techcahuilia ticixmati elementos ken oxígeno ihuan hidrógeno, tlen monequi para mochijchihuas
Las nebulosas planetarias son uno de los fenómenos más complejos y fascinantes del ciclo de vida estelar. Su nombre se utilizó por primera vez históricamente por William Herschel en el siglo XVIII, se debe a que su apariencia circular a través de los telescopios de la época recordaba a la de los planetas gigantes como Urano. Sin embargo, hoy sabemos que son vastas envolturas de gas ionizado y polvo expulsadas por estrellas similares al Sol cuando alcanzan el final de su vida.
La importancia de estas nebulosas radica en su papel como recicladoras del cosmos. Al expandirse, dispersan elementos pesados como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno hacia el medio interestelar, los cuales son fundamentales para la formación de nuevas estrellas, planetas y eventualmente, la vida. Pese a su relevancia y belleza, suelen ser poco comprendidas debido a su naturaleza abstracta.
Este proyecto busca explorar estos objetos mediante el uso de la espectroscopia, una técnica que permite descomponer la luz para identificar la “huella digital” química de los elementos que componen la nebulosa. A través de una maqueta tridimensional y un espectroscopio funcional, demostraremos cómo el estudio de la luz nos permite comprender la composición y origen del universo.
Este proyecto surge con el propósito de explicar detalladamente el nacimiento y la dispersión de una nebulosa planetaria, buscando despertar un mayor interés en este tema entre los jóvenes. Las nebulosas planetarias son un fenómeno de gran importancia no sólo para comprender la historia del universo, si no también para conocer el origen de nuestro propio planeta e incluso del sistema solar.
A pesar de su importancia las nuevas generaciones no siempre muestran interés en estos temas. La complejidad que rodea el proceso de creación y dispersión de una nebulosa puede también llegar a ser un factor por el cual se pueden desinteresar, sin embargo con la explicación correcta lo pueden llegar entender, por más complejo que sea el proceso. Con este trabajo buscamos que las nuevas generaciones retomen el interés por investigar las nebulosas planetarias y valoren el papel fundamental que juega en nuestra existencia cósmica, y así como el que podría tener el futuro debido a que es como va a morir nuestro solo.
Aunque son fenómenos muy estudiados, la información suele ser tan técnica y abundante que resulta difícil de comprender para los jóvenes. Actualmente, existe un desinterés general porque no somos especialistas y percibimos la astrofísica como algo lejano. El problema es la falta de herramientas prácticas que expliquen estos procesos complejos de forma sencilla, lo que nos impide entender nuestro origen y nuestra conexión con el universo.
Si logramos construir un espectroscopio casero entonces observaremos la huella digital de la luz y simularemos una nebulosa planetaria.
Difundir el proceso de creación y dispersión de una nebulosa planetaria
Construir un espectroscopio para observar la huella digital de la luz.
Construir una maqueta que simula ser una nebulosa planetaria.
Difundir el proceso de creación y dispersión de una nebulosa planetaria mediante un espectroscopio y una maqueta que simula ser una nebulosa planetaria
| 4. Garantizar una educación inclusiva, equitativa y de calidad y promover oportunidades de aprendizaje durante toda la vida para todos |
Historia de la nebulosa planetaria
Las nebulosas son unos de los fenómenos más importantes del universo. Cuando se descubrieron los astrónomos pensaron que eran planetas por cómo se veían en los telescopios de la época, William Herschel vio objetos gigantes difusos y pensó que eran planetas enormes de ahí su nombre. Con el paso de los años la tecnología fue avanzando y con eso el estudio del espectro de la luz (la espectroscopia) y se logró descubrir de qué estaban compuestas las nebulosas planetarias, como nitrógeno, helio, carbono u oxigenos lo que reveló su importancia para la creación de nuevas estrellas y planetas en el universo por el enriquecimiento químico. El estudio de las nebulosas planetarias se convirtió en una rama importante de la astrofísica. Se comprendió que representan una etapa final en la evolución de estrellas de masa baja y media.
¿Cómo se crea una nebulosa planetaria?
Una nebulosa planetaria se forma cuando una estrella de masa baja o intermedia como nuestro Sol se acerca al final de su ciclo vital. Durante la mayor parte de su existencia, una estrella mantiene un equilibrio entre la gravedad, que intenta contraerla, y la energía generada por las reacciones nucleares en su núcleo, que tienden a expandir. Sin embargo, cuando el combustible nuclear comienza a agotarse, este equilibrio se rompe. La estrella se expande hasta convertirse en una gigante roja, una etapa caracterizada por un gran aumento de tamaño y una pérdida significativa de masa. En esta fase avanzado la estrella va expulsando sus capas exteriores al espacio, este material normalmente es de gas ionizado, se dispersa formando una envoltura alrededor de la estrella, hasta el punto de que solo queda su núcleo al desnudo, lo que se conoce como una enana blanca, el cual está extremadamente caliente y emite una inmensa cantidad de radiación de ultravioleta que ilumina el gas circundante. Como resultado se crea una nebulosa planetaria, una estructura brillante y colorida que normalmente adopta formas esféricas elípticas o altamente complejas. Este proceso lleva muchos años de creación, no es algo que ocurra rápido.
La estructura de la nebulosa planetaria
En términos generales, una nebulosa planetaria está compuesta por tres componentes principales: la enana blanca central, el gas ionizado circundante y, en muchos casos, envolturas o estructuras externas más tenues. La enana blanca es el remanente de la estrella, es su núcleo al desnudo el cual está a una temperatura 100 000 k este núcleo emite radiación ultravioleta, lo que ioniza el gas. El gas nebular es la parte visible de la nebulosa planetaria, está compuesto por los gases internos de lo que era la estrella (hidrógeno, helio, oxígeno, etc).
Desde el punto de vista estructural muchas nebulosas planetarias presentan una cavidad interna donde la cavidad es menos densa rodeada por una capa brillante donde la emisión es más intensa.
¿Cómo mueren las nebulosas planetarias?
Las nebulosas planetarias no son estructuras permanentes, de hecho son de un corto periodo de vida a escala cósmica, su muerte ocurre cuando el gas visible se va dispersando gradualmente en el medio interestelar, dos cosas pueden llevar a la nebulosa planetaria su muerte. La primera es por el enfriamiento de la enana blanca, pues reduce significativamente, el emisión de radiación energética, y al disminuir la cantidad de radiación ultravioleta, el gas deja de ionización correctamente, por lo que comienza un proceso en el cual los electrones se vuelven a unir a los iones, esto provoca una disminución en el brillo nebular. La segunda razón y la más común es por la dispersión del gas, pues no hay suficiente gravedad como para mantenerla unida y la expansión del universo acelera su dispersión. El telescopio espacial Hubble permitió ver la lenta dispersión de una nebulosa planetaria, y duran un aproximado de 10 000 a 50 000 años, lo cual como ya se ha mencionado es algo muy corto a escala cósmica.
¿Cuál es la importancia en el universo de las nebulosas planetarias?
Las nebulosas a pesar de su corta vida son algo muy importante para el universo, pues son una cuna y tumba de estrellas, y también logran dar elementos muy importantes a través del enriquecimiento químico. Pues se ha descubierto que gracias a las nebulosas planetarias y supernovas, tenemos elementos pesados en la tierra como el oro, plata, platino, paladio, rodio, etc.
los cuales sin ellos nuestra vida sería muy complicada o totalmente distinta.
¿Qué es la espectroscopía?
La espectroscopia es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética (luz) y la materia. Históricamente, este campo comenzó con Isaac Newton, quien demostró que la luz blanca podía descomponerse en un arcoíris de colores al pasar por un prisma. Sin embargo, la verdadera revolución para la astronomía ocurrió en el siglo XIX con Joseph von Fraunhofer, quien descubrió líneas oscuras en el espectro del Sol, y más tarde con Kirchhoff y Bunsen, quienes comprendieron que esas líneas eran las “firmas” de elementos químicos específicos.
La incorporación de la espectroscopia marcó el nacimiento de la astrofísica moderna, permitiendo a los científicos analizar objetos celestes sin tener que viajar a ellos. Antes de esto, los astrónomos sólo podían medir la posición y el brillo de los astros; con el espectroscopio, pudieron conocer su naturaleza física por primera vez.
La naturaleza de la luz y los espectros de emisión:
Para entenderla es vital comprender que la luz se comporta como una onda y que cada color tiene una longitud de onda diferente. Cuando los átomos de gas en una nebulosa planetaria son golpeados por la intensa radiación ultravioleta de la estrella central (la enana blanca), sus electrones saltan a niveles de energía más altos. Al regresar a su estado original, liberan esa energía en forma de fotones de colores muy específicos.
Este fenómeno es lo que genera el espectro de emisión, que a diferencia del arcoiris continuo del Sol, se ve como líneas brillantes separadas por espacios oscuros. En nuestro proyecto esto es muy importante porque nos permite explicar que el rojo que vemos a través de espectroscopio casero y en conjunto con nuestra maqueta de la nebulosa el color rojo no es solo un adorno, es la firma real del hidrógeno alfa que emite.
Decidimos usar una rejilla de difracción en lugar de una simple CD. Mientras que un prisma dobla la luz por refracción, la rejilla de difracción utiliza un fenómeno llamado interferencia.
Las rejillas modernas tienen miles de ranuras por milímetro lo que permite una resolución mucho mayor para separar las líneas espectrales que están muy juntas.
Esta precisión es la que permite a los astrónomos detectar no sólo los elementos que hay, sino también la abundancia de metales pesados en las estrellas, lo que ayuda a rastrear la historia química de nuestra galaxia.
¿Cómo la ocupan los astrónomos en la actualidad?
En la actualidad, el espectroscopio es la herramienta más poderosa de los observatorios modernos y telescopios como el James Webb. Su uso se divide en varias áreas críticas.
¿Cuál es su importancia en la actualidad?
La espectroscopia no es solo una técnica del pasado, es el pilar de la ciencia actual:
Nos permite medir la edad de las galaxias y la velocidad a la que el universo se está expandiendo.
Gracias a ella entendemos el ciclo de la vida de las estrellas, desde su nacimiento en nubes de gas hasta su muerte como nebulosas planetarias o supernovas, lo que nos ayuda a predecir el futuro de nuestro propio sol.
El desarrollo de instrumentos como el que construimos (el espectroscopio con el CD y con la rejilla de difracción) permite que la ciencia de vanguardia sea accesible para la educación y el pensamiento crítico.
¿Cuáles son los elementos de la nebulosa planetaria?
Los elementos que contiene una nebulosa planetarias es el Hidrógeno (H) este elemento proviene de la capas externas de la estrella,Helio (He) este elemento contribuye a tonos azulados y violetas,Oxigeno (O) contribuye el color verde intenso en muchas nebulosas, (N) este elemento produce un tono rojizo adicionales,Carbono (C) este elemento puede formar polvos cósmicos y moléculas básicas,estos elementos se pueden encontrar en menores cantidades
Las nebulosas planetarias están principalmente formadas por:
Hidrógeno+Helio+oxígeno+Nitrógeno+Carbono.
¿Qué cantidades de elementos contienen las nebulosas planetarias?
Aproximadamente estas son las cantidades de los elementos que contiene una nebulosa planetaria:
Hidrógeno (H)………85-90 %
Helio (He) ………….8-12 %
Oxígeno (O) ………….0.05-1%
Carbono (C) ………….0.1-1%
Nitrógeno(N) …………0.01-0.5%
Neón (Ne) ……………0.01-0.3%
OTROS ………Tazas (<0.01%>)
El carbono y nitrógeno pueden estar aumentados si la estrella fue relativamente masiva dentro del rango de estrellas tipo solar. Las nebulosas planetarias están compuestas casi por los mismos elementos que tenía la estrella progenitora (similar al Sol).
¿Por qué las nebulosas tienen esos colores?
Las nebulosas planetarias tienen esos colores porque el gas que las compone está ionizado por la radiación ultravioleta de la estrella central y cada elemento emite un color diferente.
los colores de una nebulosa planetaria más comunes son:
las nebulosas no brillan con todos los colores mezclados, sino en líneas muy específicas del espectro.
también el color de una nebulosa planetaria se debe a:
La radiación de la estrella central arranca electrones de los átomos del gas, produciendo un plasma ionizado que emite luz en longitudes de onda específicas. Estas emisiones originan los colores característicos observados en las imágenes astronómicas.
Construcción del espectrómetro:
Materiales:
PROCEDIMIENTO:
Réplica de la nebulosa planetaria:
Materiales:
PROCEDIMIENTO:
Al terminar nuestros prototipos obtuvimos los siguientes resultados:
Logramos construir un instrumento que descompone la luz en diferentes colores (espectroscopio). Al observar fuentes de luz, vimos líneas brillantes que representan la huella digital de los elementos, tal como lo hacen los astrónomos.
Nuestra maqueta tridimensional de la nebulosa logró representar las capas de gas (oxígeno e hidrógeno) que una estrella expulsa al morir.
Gracias al uso de las luces LED y las pinturas logramos que las personas puedan visualizar la estructura de una nebulosa, haciendo que un concepto como las nebulosas se volviera algo real y fácil de ver.
La nuevas generaciones se interesan en muchos temas terrestres, sin embargo no se interesan tanto en temas astronómicos, y cuando se interesan en algo así, normalmente son temas “sencillos” como fases lunares, nuestro sistema solar, cometas y asteroides, que hay dentro de un planeta, etc, y no pensamos que todo en esos temas sea fácil, pero cuando les preguntas sobre temas complejos o no tan complejos no te logran responder bien, temas como Supernovas, cómo se forma una estrella, cómo muere una estrella, cunas estelares y los tipos de nebulosas planetarias. A pesar de que las nebulosas planetarias son las más estudiadas, deberíamos hacer de que las nuevas generaciones se interesen un poco más en ellas, ya que son un tema fascinante e incluso nuestro propio sol se convertirá en una nebulosa planetaria cuando este muera .La nuevas generaciones se interesan en muchos temas terrestres, sin embargo no se interesan tanto en temas astronómicos, y cuando se interesan en algo así, normalmente son temas “sencillos” como fases lunares, nuestro sistema solar, cometas y asteroides, que hay dentro de un planeta, etc, y no pensamos que todo en esos temas sea fácil, pero cuando les preguntas sobre temas complejos o no tan complejos no te logran responder bien, temas como Supernovas, cómo se forma una estrella, cómo muere una estrella, cunas estelares y los tipos de nebulosas planetarias. A pesar de que las nebulosas planetarias son las más estudiadas, deberíamos hacer de que las nuevas generaciones se interesen un poco más en ellas, ya que son un tema fascinante e incluso nuestro propio sol se convertirá en una nebulosa planetaria cuando este muera
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