Fatti

La Nebulosa di Saturno (NGC 7009) è un’affascinante nebulosa planetaria, piccola ma luminosa, situata tra i 2.000 e i 4.000 anni luce di distanza nella costellazione dell’Acquario. Con una magnitudine apparente di 8.0, è una delle nebulose planetarie più brillanti visibili nel cielo. È classificata come Caldwell 55 (C55) nel catalogo Caldwell degli oggetti osservabili con telescopi amatoriali. La Nebulosa di Saturno ha una dimensione apparente di 41″ per 35″, corrispondente a un raggio lineare tra 0.2 e 0.4 anni luce, a seconda della sua distanza esatta. Alcune stime recenti collocano NGC 7009 a ben 5.200 anni luce di distanza. La regione centrale luminosa della nebulosa misura 25″ per 17″. Come tutte le nebulose planetarie, la Nebulosa di Saturno si è formata quando una stella di bassa massa ha raggiunto la fine della sua vita espellendo i suoi strati esterni nello spazio. Gli strati esterni precedenti della stella formano forme complesse e strutture intricate rese visibili dalla luce del nucleo stellare caldo. L’involucro gassoso espulso è illuminato dalla forte radiazione ultravioletta del residuo della stella morente. La radiazione dell’ossigeno doppiamente ionizzato conferisce alla nebulosa un bagliore verdastro.

La spettacolare nebulosa planetaria NGC 7009, o Nebulosa di Saturno, emerge dall’oscurità come una serie di bolle di forme strane, illuminate in splendidi toni di rosa e blu. Questa immagine colorata è stata catturata dal potente strumento MUSE sul Very Large Telescope (VLT) dell’ESO, parte di uno studio che ha mappato la polvere all’interno di una nebulosa planetaria per la prima volta. La mappa — che rivela una ricchezza di strutture intricate nella polvere, inclusi gusci, un alone e una curiosa caratteristica a onda — aiuterà gli astronomi a comprendere come le nebulose planetarie sviluppano le loro forme e simmetrie peculiari. Per comprendere meglio come le nebulose planetarie assumono tali forme, un team internazionale di astronomi guidato da Jeremy Walsh dell’ESO ha utilizzato il Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) per scrutare all’interno dei veli polverosi della Nebulosa di Saturno. MUSE è uno strumento installato su uno dei quattro telescopi dell’ESO al Paranal Observatory in Cile. La sua potenza deriva dal fatto che non crea solo un’immagine, ma raccoglie anche informazioni sullo spettro — o gamma di colori — della luce dell’oggetto in ogni punto dell’immagine. Il team ha utilizzato MUSE per produrre le prime mappe ottiche dettagliate del gas e della polvere distribuiti in una nebulosa planetaria. L’immagine risultante della Nebulosa di Saturno rivela molte strutture intricate, incluso un guscio interno ellittico, un guscio esterno e un alone. Mostra anche due flussi precedentemente immaginati che si estendono da entrambe le estremità dell’asse lungo della nebulosa, terminando in luminosi ansae (latino per “maniglie”). Immagine credits: ESO/J. Walsh (CC BY 4.0 DEED)

Le nebulose planetarie rappresentano la fase finale nella vita di stelle simili al Sole, che non sono massicce a sufficienza per terminare la loro esistenza come supernovae. Quando queste stelle esauriscono il loro approvvigionamento di carburante, evolvono in giganti rossi e perdono gran parte della loro massa iniziale attraverso forti venti stellari. Il guscio esterno della Nebulosa di Saturno è composto da materiale espulso dalla stella centrale nella fase di gigante rossa del suo ciclo vitale. Il nostro Sole avrà un destino simile tra circa 5-6 miliardi di anni. Come la stella centrale di NGC 7009, finirà la sua vita come una tenue nana bianca. Le nebulose planetarie sono fenomeni di breve durata, parlando in termini astronomici. Di solito durano solo alcuni millenni. Mentre le stelle centrali riversano le loro atmosfere nello spazio, le superfici esterne dei loro nuclei esposti raggiungono temperature superiori ai 30.000 K e iniziano a emettere un numero sufficiente di fotoni ultravioletti per ionizzare il materiale espulso e farlo brillare. Le stelle progenitrici alla fine si raffreddano tanto che non riescono più a ionizzare le nubi di gas in espansione ed evolvono in nane bianche. Il materiale nebuloso in espansione potrebbe infine essere riciclato per formare nuove generazioni di stelle e pianeti. La brillante stella centrale nel cuore della Nebulosa di Saturno ha una magnitudine visiva di 11.5 e una temperatura superficiale di 55.000 K. Ha una magnitudine assoluta di +1.5, corrispondente a una luminosità circa 20 volte superiore a quella del Sole. La nebulosa si sta muovendo verso di noi con una velocità radiale di 28 miglia al secondo. La nebulosa ha una struttura complessa composta da un certo numero di sottosistemi, inclusi flussi simili a getti, diversi gusci, filamenti, nodi, ansae e un alone. Le ansae (“maniglie” di gas a bassa densità che sporgono da entrambi i lati del disco) si espandono non radialmente dalla stella progenitrice lungo l’asse lungo della nebulosa. Appaiono particolarmente sorprendenti in NGC 7009, ma sono state osservate anche in altre nebulose planetarie, inclusa la Nebulosa Occhio di Gatto (NGC 6543) in Drago, il Fantasma di Giove (NGC 3242) in Idra, e NGC 2371-2 in Gemelli.

Un mappa della Nebulosa di Saturno, immagine credits: ESO/J. Walsh (CC BY 4.0 DEED) Nel 2016, la Nebulosa di Saturno è stata studiata dallo strumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), installato al Very Large Telescope (VLT) dell’European Southern Observatory (ESO) al Paranal Observatory in Cile. Un team internazionale di astronomi guidato da Jeremy Walsh dell’ESO ha mappato con precisione la nebulosa per comprendere meglio la sua struttura. Questa è stata la prima volta che gli astronomi hanno mappato l’estinzione della polvere all’interno di una tipica nebulosa planetaria. I casi insoliti della Nebulosa Coleottero Gioiello (NGC 7027) in Cigno e della Nebulosa Farfalla (NGC 6302) in Scorpione sono stati mappati rispettivamente nel 1988 e nel 2005. Il team ha scoperto una caratteristica a onda nella polvere, che tipicamente è distribuita uniformemente in una nebulosa. Tuttavia, il bordo del guscio interno nella Nebulosa di Saturno ha una mancanza distintiva di polvere. Questo ha portato gli astronomi a speculare che la polvere venga distrutta in questa parte della nebulosa, o da un’onda d’urto in espansione (nella forma del guscio interno in espansione della nebulosa) che collide con essa e la distrugge, o da un’onda d’urto che provoca un forte effetto di riscaldamento che evapora la polvere. Utilizzando MUSE per mappare le strutture complesse delle nebulose planetarie, gli astronomi sperano di fare luce sul ruolo che polvere e gas giocano nei cicli vitali delle stelle a bassa massa, così come sui modi in cui si formano le complesse strutture di queste nebulose. In uno studio successivo, Walsh e i suoi colleghi hanno scoperto che la mappa di estinzione della polvere della Nebulosa di Saturno presenta una notevole struttura e che le strutture di polvere corrispondono in modo approssimativo alle caratteristiche morfologiche della nebulosa. I ricercatori hanno indagato la caratteristica a onda ma non hanno identificato meccanismi plausibili che potrebbero averla prodotta, se non variazioni nella perdita di massa in una stella AGB.

Nebulosa di Saturno (Caldwell 55), immagine credits: Judy Schmidt (CC BY 2.0 DEED)

Fatti

La Nebulosa di Saturno fu scoperta dall’astronomo britannico di origine tedesca William Herschel il 7 settembre 1782. Herschel utilizzò il suo telescopio costruito in casa per osservare quest’area del cielo dalla sua residenza a Datchet, in Inghilterra. NGC 7009 è stato uno dei primi oggetti che scoprì. Herschel coniò il termine nebulosa planetaria poiché questi oggetti apparivano simili ai pianeti nei primi telescopi. I loro piccoli dischi blu-verdi li facevano sembrare simili al pianeta Urano, scoperto da lui nel marzo del 1781. Il nome della nebulosa proviene dall’astronomo anglo-irlandese William Parsons, 3° Conte di Rosse. Negli anni ’40 dell’Ottocento, Lord Rosse chiamò quest’oggetto la Nebulosa di Saturno perché assomigliava al pianeta Saturno che appariva con i suoi anelli quasi di profilo. A quel tempo, i telescopi erano stati perfezionati a sufficienza da mostrare la forma simile a quella di Saturno della nebulosa.

Un schizzo della Nebulosa di Saturno da parte di William Parsons, 3° Conte di Rosse, 1848 L’astronomo inglese Admiral William Henry Smyth dichiarò che la nebulosa fosse uno degli “Oggetti Celesti Rari” di Friedrich Georg Wilhelm von Struve, astronomo baltico tedesco, annotati nel Catalogo di Dorpat (Catalogus Novus Stellarum Duplicium) del 1827. Altri oggetti nella lista di Struve includevano le nebulose planetarie NGC 6210 (la Nebulosa Tartaruga) in Ercole e la Nebulosa Smeraldo (NGC 6572) in Ofiuco, gli ammassi globulari Messier 53 in Coma Berenices e il Grande Ammasso di Pegasus (Messier 15) in Pegaso, la galassia ellittica disturbata NGC 3077 in Ursa Major e la galassia nana Messier 32 in Andromeda. La Nebulosa di Saturno appare simile alla Nebulosa Planetaria Lampeggiante (NGC 6826) nella costellazione del Cigno. Entrambe le nebulose hanno una stella centrale luminosa, un guscio interno ellittico e ansae accompagnate da getti lungo gli assi lunghi. Tuttavia, la Nebulosa di Saturno ha un guscio interno più allungato rispetto alla più tenue Nebulosa Lampeggiante. Entrambe le nebulose sono incluse nel catalogo Caldwell di Sir Patrick Moore.

Questa galleria mostra quattro nebulose planetarie dal primo sondaggio sistematico di tali oggetti nel vicinato solare effettuato con il Chandra X-ray Observatory della NASA. Le nebulose planetarie mostrate qui sono NGC 6543 (aka l’Occhio di Gatto), NGC 7662, NGC 7009 e NGC 6826. L’emissione X da Chandra è colorata di viola e l’emissione ottica dal Telescopio Spaziale Hubble è colorata di rosso, verde e blu. Una nebulosa planetaria è una fase dell’evoluzione stellare che il sole dovrebbe vivere tra alcuni miliardi di anni, quando si espanderà per diventare una gigante rossa e poi perderà la maggior parte dei suoi strati esterni, lasciando dietro di sé un nucleo caldo che si contrae per formare una densa nana bianca. Un vento dal nucleo caldo si scontra con l’atmosfera espulsa, creando le strutture filamentose simili a gusci viste con telescopi ottici. L’emissione diffusa di raggi X è causata da onde d’urto mentre il vento collide con l’atmosfera espulsa. Le proprietà delle sorgenti puntiformi di raggi X al centro di circa metà delle nebulose planetarie suggeriscono che molte stelle centrali responsabili dell’espulsione di nebulose planetarie abbiano stelle compagne.

Posizione

La Nebulosa di Saturno si trova nella costellazione dell’Acquario. Essa appare in una regione fioca del cielo del portatore d’acqua celeste, vicino al confine con il Capricorno. Può essere trovata a sud-ovest della linea immaginaria che collega Fomalhaut in Piscis Austrinus e Altair in Aquila, e a sud-est della linea tracciata da Sadalsuud in Aquario a Dabih in Capricorno. La nebulosa si trova nella parte occidentale dell’Acquario, a circa un grado a ovest di Nu Aquarii (mag. 4.52) e 2 gradi a nord-est dell’asterismo Messier 73. Essa appare sulla linea immaginaria estesa da Deneb Algedi, la stella più luminosa del Capricorno, ad Albali (Epsilon Aquarii, mag. 3.77) nell’Acquario.

La posizione della Nebulosa di Saturno (NGC 7009), immagine: Stellarium
La Nebulosa di Saturno può essere osservata con telescopi amatoriali e appare come una macchia verdastra o giallastra sfocata. I telescopi piccoli mostreranno un oggetto simile a una stella, ma strumenti più grandi riveleranno maggiori dettagli della struttura della nebulosa, inclusi i due lobi estesi che somigliano agli anelli di Saturno. La nebulosa è facilmente osservabile con telescopi da 8 pollici ed è meglio vista ad alta magnificazione. Con telescopi da 10 pollici, le ansae della nebulosa possono essere avvistate in condizioni di visione eccezionalmente buone. Le regioni esterne più deboli di NGC 7009 sono meglio osservabili ad alta magnificazione utilizzando una visione evitata. Il periodo migliore dell’anno per osservare la Nebulosa di Saturno e altri oggetti del profondo cielo nell’Acquario è ottobre, quando la costellazione appare più alta nel cielo serale. Con una declinazione di -11°, la nebulosa è sufficientemente vicina all’equatore celeste da essere visibile praticamente da qualsiasi parte della Terra per almeno parte dell’anno.
Nebulosa di Saturno – NGC 7009

Immagini

Le stelle comuni, come il Sole, conducono vite piuttosto tranquille nei loro quartieri galattici, producendo costantemente calore e luce per miliardi di anni. Quando queste stelle raggiungono l’età della pensione, tuttavia, si trasformano in opere d’arte uniche e spesso psichedeliche. Questa immagine del Hubble Space Telescope di Caldwell 55, noto anche come Nebulosa di Saturno e NGC 7009, mostra il risultato, chiamato nebulosa planetaria. Anche se sembra un pezzo di caramella cosmica avvolta, ciò che vediamo sono in realtà gli strati gassosi esterni di una stella alla fine del suo ciclo vitale. Le stelle sono alimentate dalla fusione nucleare, ma ognuna di esse ha un approvvigionamento limitato di carburante. Quando una stella di massa media esaurisce il suo carburante nucleare, si gonfierà e perderà i suoi strati esterni fino a che rimarrà solo un piccolo nucleo caldo. Il nucleo rimanente, chiamato nana bianca, assomiglia a un carbone caldo che brilla dopo un barbecue — alla fine svanirà. Hubble ha catturato questa immagine nella luce visibile utilizzando la Wide Field and Planetary Camera 2 nel 1996. Utilizzando le osservazioni di Hubble, gli scienziati hanno caratterizzato la composizione, la struttura, la temperatura della nebulosa e il modo in cui interagisce con il materiale circostante. Studiare le nebulose planetarie è particolarmente interessante poiché il nostro Sole subirà un destino simile tra circa cinque miliardi di anni. Immagine credits: Bruce Balick (University of Washington), Jason Alexander (University of Washington), Arsen Hajian (U.S. Naval Observatory), Yervant Terzian (Cornell University), Mario Perinotto (Università di Firenze, Italia), Patrizio Patriarchi (Osservatorio Arcetri, Italia), NASA/ESA (CC BY 2.0 DEED)

Nebulosa di Saturno dal Hubble Space Telescope (HST), immagine credits: NASA/ESA/Kevin M. Gill (CC BY 2.0 DEED)

Un’immagine della Nebulosa di Saturno, immagine credits: B. Balick (U. Washington) et al., WFPC2, HST, NASA

Questa immagine del Gemini North mostra la famosa nebulosa planetaria NGC 7009 (Nebulosa di Saturno) nel vicino infrarosso con ottiche adattative. L’immagine ha un full-width-half-maximum di 0.1 arcsecondo (K band) ed è stata prodotta combinando le immagini ALTAIR/NIRI nei bande K, Br-gamma, e H₂ (1-0). I dati sono stati ottenuti in ottobre 2006 e sono ora disponibili nell’archivio scientifico del Gemini. Immagine credits: International Gemini Observatory, National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab) (CC BY 4.0 DEED)

La Nebulosa di Saturno, NGC 7009, nella costellazione dell’Acquario, vista dal telescopio da 2.1 metri KPNO nel 1975. Immagine credits: NOIRLab/NSF/AURA (CC BY 4.0 DEED)

Un’immagine della Nebulosa di Saturno da The Popular Science Monthly, Volume 87 (1915)