Cosa indicano i diversi colori nelle nebulose e nelle galassie?

Tutti i tipi di cose.

(Questa è una lunga risposta a proposito, siete avvisati)

Nebule:

La maggior parte delle immagini che vedrete sono SHO. Le immagini sono presentate come RGB - rosso, verde, blu - dal tuo schermo. SHO è quando la banda dello zolfo II è mappata sul rosso, la banda dell'idrogeno alfa è mappata sul verde, e l'ossigeno-III è mappato sul blu.

Questa è un'immagine SHO - hai la caratteristica foschia blu circondata da una nebulosità dettagliata color ruggine, La nebulosa in realtà sembra più così:

Il rosso idrogeno domina, dandole un colore rosso coerente. Quindi si smorza un po' l'idrogeno e lo si colora di verde.

Cosa significano i colori?

L'idrogeno-alfa viene dall'idrogeno ionizzato - protoni ed elettroni liberi - che si ricombina e, nel farlo, emette luce rossa. È luminoso nelle nebulose poiché l'idrogeno è l'elemento più comune.

L'ossigeno-III proviene dall'ossigeno doppiamente ionizzato - ossigeno con 2 elettroni rimossi (O-I è non-ionizzato e O-II è singolarmente ionizzato). Per questo motivo, è più prominente nei centri delle nebulose vicino alle stelle calde e luminose che possono ionizzarlo. È anche una banda molto luminosa poiché l'ossigeno è un elemento comune e la linea di emissione è molto prominente.

Lo zolfo-II è meno luminoso, ed è più prominente verso i bordi delle nebulose dove è più freddo. E' singolarmente ionizzato, quindi verso il centro, può essere ulteriormente ionizzato e non può produrre S-II.

Questa è un'immagine HOS - molto meno comune della SHO, ma apparentemente esiste anche questa. Ci sono tutti i tipi di combinazioni di colori interessanti - SNH (zolfo-II, azoto-II, H-alfa):

Questa usa elio-II per il blu. L'elio è molto difficile da ionizzare, quindi è prominente solo verso i centri delle nebulose.

Ora per le galassie:

Questo è M74. Gli ammassi blu sono ammassi di stelle giovani, calde e blu. Queste stelle muoiono in pochi milioni di anni, quindi rimangono molto vicine a dove si sono formate nei bracci di spirale, illuminandoli. Le macchie rosse brillanti sono dense nebulose di formazione stellare come NGC 281 (la prima immagine). I vortici scuri sono, naturalmente, la polvere, che blocca la luce delle stelle, creando bande scure marrone-nere. E poi il nucleo è più giallo, perché è pieno di vecchie stelle giallo-arancio, che vivono molto più a lungo delle giganti blu e quindi si accumulano nella galassia.

Questa è la galassia lenticolare NGC 7049. Notate la mancanza di regioni di formazione stellare e di ammassi (ce ne sono alcuni punteggiati nella corsia di polvere, però). Questa galassia è relativamente tranquilla e quindi ha solo vecchie stelle giallo-bianche. C'è una piccola galassia nana di sfondo sopra e leggermente a sinistra che ha molta più formazione stellare e quindi è blu.

Questa è la galassia ad anello Hoag's Object. È un tipo di galassia davvero raro (anche se il fatto che ce ne sia un'altra visibile nello spazio tra l'anello e il nucleo potrebbe far pensare il contrario! Il disco è ricco di gas e ha un sacco di formazione stellare, da cui il blu brillante. Ma il nucleo è una vecchia galassia ellittica con poca formazione stellare, quindi è giallo dalle sue stelle più vecchie.

Questa è Andromeda nel visibile, poi nell'infrarosso. L'infrarosso è emesso dalle regioni di formazione stellare (dal gas freddo e dalla polvere piuttosto che dalle stelle), quindi mostra le corsie di polvere dove il gas è più denso. Confrontalo con il visibile, che è dominato dalle stelle.

L'infrarosso è anche usato per guardare attraverso la polvere - questa è la nebulosa oscura Barnard 68 in 0,44 micrometri (blu), 0,55 μm (giallo), e 0,9-2,16μm (vicino infrarosso). Notate come nei 2,16μm, la nube di polvere è quasi completamente trasparente. Ecco il nucleo galattico - nota come appare chiaro:

(il ciuffo luminoso al centro è un enorme aumento della densità stellare intorno al centro della galassia)

Questo è ciò che ci permette di vedere le protostelle nella polvere densa - esse appaiono come oggetti luminosi nell'infrarosso ma sono nascoste nella polvere nel visibile. L'infrarosso ci permette anche di vedere oggetti come LL Pegasi:

È una gigante rossa di classe C (stella al carbonio) - una stella morente e molto luminosa. Ma questa è la sua componente ottica - una spirale inquietante. È molto debole - si crede che sia illuminata solo dalla luce fioca della galassia. Perché una spirale? Sta soffiando un vento a velocità costante, ma ha un partner binario, che lo scompone in bande più dense e meno dense. Siccome si muove a velocità costante, la distanza tra due "passi" sulla spirale è costante; il periodo orbitale del binario per la velocità del vento. Eccola di nuovo nel visibile:

È piccola (scusate) ma è una debole macchia al centro. Ma eccola nell'infrarosso, alla stessa scala:

È una stella migliaia di volte più luminosa del Sole ma è visibile solo nell'infrarosso. Le vecchie stelle come queste possono essere alcuni degli oggetti infrarossi più luminosi del cielo.

E l'emissione di infrarossi da oggetti freddi lo rende ottimo per vedere oggetti freddi come le nane brune, che, mentre sono molto deboli nel visibile - alcune sono solo a temperatura ambiente - sono molto più evidenti nell'infrarosso:

(il punto verde).

(Una vista a 360 gradi dell'emissione di microonde)

Le microonde sono emesse dalle molecole, e quindi possono essere usate per trovare la composizione delle nuvole fredde - è così che sappiamo che hanno cose come metanolo, chetone di lampone (che produce il profumo/sapore dei lamponi), esteri, ecc. È anche emesso dal fondo cosmico a microonde - il bagliore del Big Bang - e quindi è particolarmente utile per la cosmologia.

Il radio va anche oltre - passa attraverso tutto (tranne le stelle), ed è emesso principalmente dall'idrogeno (21cm). Viene emesso anche dalle interazioni con gli elettroni, come gli intensi campi magnetici intorno alle pulsar.

(Radio emesso dall'idrogeno intergalattico agitato intorno a M87, che ha un getto relativistico fatto esplodere dal gas intorno al buco nero. Questo getto è grande quanto l'intera galassia!)

Ora per lunghezze d'onda più corte:

Questa è M31 nell'UV. Le stelle giovani e calde emettono grandi quantità di UV mentre le popolazioni più fredde e vecchie non ne emettono affatto. Notate come il modello imita esattamente la polvere infrarossa - gas, polvere e formazione stellare vanno di pari passo: più gas significa più stelle.

I raggi X sono in gran parte emessi da oggetti luminosi a raggi X, con poche altre emissioni. Tali oggetti sono di solito stelle di neutroni o buchi neri.

(Andromeda nei raggi X)

I raggi gamma sono ancora più intensi, con pochissima emissione in generale, a parte i gamma-ray burst. Sono così luminosi in tutte le lunghezze d'onda che potresti vederne uno per circa 30 secondi - ed era a 7,5 miliardi di anni luce di distanza. Per riferimento, la stella più lontana che si può vedere ad occhio nudo è solo 16.000 anni luce, e la galassia più lontana che si può vedere è 11 milioni di anni luce. Quindi 7,5 miliardi sono lontani.

TL;DR L'astronomia è forte.