Observaciones y descubrimientos

Por lo general, las nebulosas planetarias son objetos tenues que no pueden ser observados a simple vista. La primera nebulosa planetaria en ser descubierta fue la Nebulosa Dumbbell, en la constelación de Vulpecula, que fue observada el 12 de julio de 1764 por Charles Messier, e incluida en su catálogo de nebulosas como M27. El nombre le fue dado posteriormente por John Herschel debido a su parecido con una mancuerna (en inglés dumb-bell).

Para los primeros observadores con telescopios de baja resolución, la apariencia de estas nebulosas era similar a los planetas gigantes del Sistema Solar. El primero en percatarse de ello fue Antoine Darquier, descubridor de la Nebulosa del Anillo en 1779.Sin embargo, fue William Herschel, descubridor de Urano unos años antes, quien en 1784 acuñó finalmente el nombre de "nebulosa planetaria" para denominar a estos objetos, aunque realmente son muy diferentes a los planetas y no poseen ninguna relación.

La naturaleza de las nebulosas planetarias permaneció desconocida hasta que se realizaron las primeras observaciones espectroscópicas. El 29 de agosto de 1864, William Huggins tomó el primer espectro de una nebulosa planetaria, la Nebulosa Ojo de gato, mediante la utilización de un prisma que dispersaba su luz. Al analizar su espectro, Huggins esperaba encontrarse con un espectro de emisión continuo, como ya había observado anteriormente en otras nebulosas como la Galaxia de Andro meda. Sin embargo, lo que observó fue un pequeño número de líneas de emisión. En palabras del propio Huggins:

La Nebulosa del Anillo.

Esto se debe a que en el espectro de las nebulosas planetarias predominan las líneas de emisión, como en los gases, al contrario que en las nebulosas formadas por estrellas, que presentan un espectro continuo. Huggins identificó una línea de Balmer del hidrógeno (en concreto H, correspondiente al color cian), aunque también aparecían otras líneas mucho más brillantes, como la correspondiente a 500,7 nanómetros, que los astrónomos no lograban identificar con ningún elemento.

Para explicar la emisión de estas líneas, se sugirió la existencia de un nuevo elemento denominado nebulio. La verdadera naturaleza de estas líneas no se descubrió hasta pasados más de sesenta años desde las observaciones de Huggins, con la aparición de la mecánica cuántica; fue Ira Sprague Bowen, en 1928, quien dedujo que estas líneas eran causadas por átomos de oxígeno y nitrógeno ionizado, refutando así la teoría del nebulio.

Bowen demostró que en gases de densidades extremadamente bajas los electrones pueden poblar niveles de energía meta estables excitados, que en gases de densidades más elevadas se desexcitarían rápidamente debido a las colisiones existentes entre átomos. Las transiciones de los electrones desde estos niveles a otros de menor energía en los átomos de oxígeno y nitrógeno ionizado, como O²⁺, O⁺ o N⁺, producen la emisión de las líneas que Huggins no supo identificar, incluida la correspondiente a 500,7 nanómetros. Estas líneas espectrales reciben el nombre de líneas prohibidas, y solamente aparecen en gases de muy baja densidad, por lo que se deduce que las nebulosas planetarias están formadas de gas altamente enrarecido (baja densidad).

Los espectros en la banda de luz visible de las nebulosas planetarias son de hecho tan diferentes de los de otros objetos celestes que se usan para determinar la existencia de una nebulosa planetaria aunque su tamaño aparente sea tan pequeño que no permita su identificación mediante fotometría. En concreto, las líneas del oxígeno doblemente ionizado, O²⁺, a 500,7 y a 495,9 nanómetros y la línea de Balmer Haun cuando están presentes en espectros de otros objetos como novas y supernovas, en ningún caso tienen tanta intensidad como en los espectros de las nebulosas planetarias.

Hacia finales del siglo XX, las mejoras tecnológicas ayudaron en el estudio y comprensión de las nebulosas plantarias. Los telescopios espaciales permitieron a los astrónomos estudiar la luz emitida más allá del espectro visible, la cual no puede ser detectada desde los observatorios situados en tierra, ya que sólo las ondas de radio y la luz del espectro visible atraviesan la atmósfera sin sufrir perturbaciones. Los estudios realizados en el infrarrojo y el ultravioleta revelan mucha más información de las nebulosas planetarias, como su temperatura, su densidad o las abundancias de los distintos elementos. La tecnología CCD permitió medir de una manera mucho más precisa las líneas espectrales más débiles. El telescopio espacial Hubble mostró que, aunque muchas nebulosas parecen a priori poseer una estructura muy básica vistas desde los observatorios terrestres, la gran resolución óptica de los telescopios situados sobre la atmósfera terrestre revela morfologías que pueden llegar a ser extremadamente complejas.