¿Por qué algunas estrellas son visibles a simple vista y otras no?

Hay tres factores principales que determinan la apariencia de las estrellas brillantes (incluido el hecho de que sean tan débiles que sean invisibles a simple vista).
Obstrucción: las nubes de gas, polvo y cualquier otra cosa en el universo pueden interponerse entre la estrella y nosotros. Esto incluye nuestra propia atmósfera. Incluso dentro de nuestra propia galaxia hay obstrucciones que borran las estrellas, el mejor ejemplo es la Gran Grieta (u Oscura), una línea de polvo molecular y plasma con la masa de un millón de soles.
Distancia: cuanto más se desplaza la luz, más se dispersa y tiene la oportunidad de encontrarse detrás de algunas de las obstrucciones mencionadas anteriormente.
Brillo: la cantidad de luz que emite una estrella hará que sea mayor la magnitud de la luz (más visible, no un número mayor). Cuanto más brillante sea una estrella en la fuente, más probabilidades hay de superar los problemas de distancia y obstrucción mencionados anteriormente.

Asumo aquí que está hablando bajo condiciones óptimas de visualización en la Tierra, sin luna, lejos de la ciudad, noche sin nubes, etc. Esta también es una explicación muy simple en inglés, hay muchos más expertos que probablemente podrían entrar en mucho Mayor detalle técnico.

Puede ver algunos DSO [1] a simple vista, como la galaxia de Andrómeda o el cúmulo estelar Omega Centauri. Aparecen como manchas a simple vista. El clásico par de estrellas dobles de Mizar y Alcor es visible a simple vista: solía ser una prueba de agudeza visual.

La contaminación lumínica ciertamente no ayuda, pero puede ver estos objetos solo en cielos moderadamente oscuros.

Un buen número de DSO parecen ser puntos oscuros a simple vista. Solo cuando usa binoculares o un telescopio se hace evidente su naturaleza no estelar. Como con la mayoría de las cosas en astronomía, cuanto más oscuro sea el cielo, mejor.

Hay al menos dos cosas que hacen que los DSO sean difíciles de ver sin aumento. Primero, son muy distantes, lo que los hace parecer débiles. En segundo lugar, se extienden , lo que significa que la luz no se concentra en un punto o un disco pequeño. La combinación los hace difíciles de ver. Muchos DSO requieren un telescopio de buen tamaño para que pueda verlos bien.

Por cierto, incluso con un telescopio, no verá los colores que ve en las fotos de las revistas. Nuestros ojos solo ven sombras de gris en niveles de poca luz. [2] A veces, puedes ver un tinte de color, pero no será muy intenso.

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[1] DSO = Objetos de cielo profundo: cosas en el cielo que no son estrellas o planetas.
[2] Muchas personas perciben los tonos grises como tonos de verde. Nunca he escuchado una buena explicación de por qué esto es así.

La cantidad de luz que llega a la Tierra desde una estrella se relaciona con su brillo inherente y su distancia. Esto puede verse inundado por el brillo del cielo en su conjunto, o bien puede ser demasiado pequeño para que el ojo humano lo registre.

El sol y la luna dominan nuestros cielos: el sol es brillante y relativamente cercano, la luna tenue pero muy cerca. Luego vienen Venus y Júpiter, Venus más pequeño pero más cercano, y ambos varían según la distancia.

Los cuásares son demasiado distantes. Si hubiera un cuásar en la cercana galaxia de Andrómeda, aparecería como una estrella brillante.

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Paradoja de Olbers

La idea básica es que si el universo fuera infinito en tiempo y espacio, el cielo no sería negro. Si ese fuera el caso, entonces si miraras en cualquier dirección, eventualmente verías una estrella en esa dirección.

La resolución es que el universo tiene una edad finita que limita la distancia a la que se pueden ver las estrellas, por lo que el cielo es negro.

La contaminación lumínica es sin duda un problema importante, pero lo que vemos en el cielo nocturno con nuestro ojo sin ayuda es simplemente aquellos objetos que son lo suficientemente brillantes como para ser vistos.
Están formados por unas 10.000 estrellas (en total. De hecho, vemos alrededor de la mitad cuando miramos al cielo) y unos pocos planetas en el vecindario cercano de una magnitud de aproximadamente 6.5.
¡Cuán lejos está el objeto más alejado es una cuestión de conjetura!

¡Un par de binoculares mejora la vista considerablemente!