Планетарные туманности в фотографиях и картинках. Космические туманности
Планетарные туманности порождаются умирающими звездами. По астрономическим меркам планетарные туманности — весьма короткоживущие явления: срок их жизни составляет около десяти тысяч лет. Поэтому астрономам известно не более полутора тысяч подобных объектов в нашей галактике.
Безмолвное космическое пламя умирающей звезды: планетарная туманность NGC 6302
Великолепная планетарная туманность «Улитка» — одна из наиболее ярких и красивых.
Туманность «Кошачий глаз», NGC 6543: фантастические скульптуры из газа и пыли, сфотографированные телескопом «Хаббл».
Еще одно фото NGC 6543 в искусственных цветах. Возраст туманности «Кошачий глаз» около 1000 лет. Ее форма, возможно, свидетельствует о том, что она образовалась из двойной звездной системы.
Знаменитая планетарная туманность М57 в созвездии Лиры, или туманность «Кольцо». На снимках, подобных этому видна сложная структура туманности.
Еще один известный пример планетарной туманности — объект MyCn18, «песочные часы» вокруг умирающей звезды.
Туманность «Медуза» — очень старая планетарная туманность. Она находится примерно в 1500 световых годах от Земли в созвездии Близнецы
Туманность NGC 3132 — озеро света.
Планетарная туманность Abell 39 обладает почти идеально сферическойформой. Ее диаметр составляет почти 5 световых лет, а толщина стенок —треть светового года. Туманность Abell 39 находится на расстоянии 7 000 световых лет от Земли в созвездии Геркулеса.
Умирая, звезда сбрасывает внешние слои, которые, рассеиваясь в космосе,образуют планетарную туманность. Планетарными такие туманности называются исключительно потому, что в небольшие телескопы они похожи на крошечные и тусклые диски. Раньше многие астрономы принимали их за далекие планеты, откуда и повелось название. Но большие и современные инструменты показывают астрономам множество интересных поднобностей. NGC 6369 — еще один пример великолепной планетарной туманности с богатой структурой
Планетарная туманность «Гантель» в созвездии Лисички — один из самых ярких объектов подобного рода. Туманность была обнаружена впервые французским астрономом Шарлем Мессье, который внес ее в свой каталог туманных объектов под номером 27. Расстояние до М27 известно лишь примерно и составляет около 1200 световых лет.
Планетарная туманность NGC 2346
Одна из последних фотографий космического телескопа им. Хаббла — туманность «Ожерелье».
Туманность «Эскимо» или NGC 2392
Туманность «Спирограф»
Туманность Джонс-1 (Jones 1), известная также под номером PK 104-29.1, — очень тусклая, похожая на призрак, туманность в созвездии Пегаса. Это изображение получено в 2009 году на телескопе Мэйалла.
Планетарная туманность «Черепаха»
Туманность «Электрический скат» или Hen-1357 — самая молодая из известных планетарных туманностей.
Очень необычная планетарная туманность Sharpless 2-188 (Sh2-188). Имея почти сферическую форму, туманность светится неравномерно. Более яркое свечение юго-восточной части (внизу слева) объясняется столкновением газа с межзвездным веществом, которое и породило эту ударную волну. Именно в эту сторону движется мертвая звезда, породившая туманность.
Шарплесс 2-188 находится в созвездии Кассиопея.
Закрученная подобно спиральной галактике, планетарная туманность K 4-55.
Объект Mz 3 — планетарная туманность «Муравей». Снимок телескопа «Хаббл».
Рассеянный свет туманности «Бумеранг». В 1995 году астрономы при помощи телескопа «Хаббл» измерили температуру материи внутри этой туманности. Оказалось, что вещество туманности всего на 1 градус теплее точки абсолютного нуля. Туманность «Бумеранг» — одно из самых холодных мест во Вселенной
Туманность NGC 7662 или «Голубой снежок».
Планетарная туманность «Мыльный пузырь».
Планетарная туманность NGC 5307, снимок телескопа «Хаббл»
В пятой статье серии «Наблюдения за объектами дальнего космоса» я познакомлю вас с некоторыми рекомендациями по наблюдению планетарных туманностей. В предыдущих четырёх статьях вы узнали как наблюдать за шаровыми, рассеянными звёздными скоплениями, галактиками и диффузными туманностями. Все рекомендации предпочтительны для телескопов с апертурой от 110 мм. Для «планетарок» лучше диаметр объектива от 150 мм.
Практически все планетарные туманности имеют очень небольшой угловой размер, который сравним с размерами Юпитера (40″). Поверхностная яркость этих туманностей достаточно велика. Рекомендуется использовать увеличение телескопа: 80х - 200х.
Но есть планетарные туманности с низкой яркостью, для них нет смысла использовать окуляр с больши́м увеличением или рассеивающую линзу Барлоу, которая даёт бо́льшее увеличение. Для таких туманностей сложно подобрать рекомендации и дать советы по использованию увеличения, всё очень субъективно и читатель сможет выбрать (подобрать) сам. К неярким «планетаркам» можно отнести: M 27, M 76, M 97, NGC 4361).
Планетарная туманность со слабой поверхностной яркостью
Напоминаю, когда нашли искомый объект для наблюдения (в нашем случае планетарную туманность) руководствуйтесь следующей инструкцией. Она поможет вам узнать и получить как можно больше информации на практике. Не забывайте вести записи, это ускорит ваш процесс запоминания и в дальнейшем пригодится для сравнения объектов с другими этого же типа, а также научит вас различать и замечать тонкости каждого из объектов.
Наблюдение планетарной туманности
- Как всегда начинаем с оценки углового размера искомого объекта. Для лучшей и более точной оценки сравните её с планетой Юпитер, которую можно увидеть на таком же увеличении.
- Какую форму имеет туманность? Полая внутри, круглая, овальная, непонятная? Можно ли увидеть и дать хоть сколько информации о краях туманности? Какие они?
- Равномерно ли от центра к краям распределена яркость? Может отдельный участок насыщенный, другой менее или просматривается некоторая цветность?
- Какой общий цвет виден в телескоп? Туманность полностью серая? Или может голубовато-серая? Виднеется красноватый оттенок?
- Оглянитесь вокруг. Что можете сказать о звёздах за «планетаркой», вокруг неё? Есть ли очень яркие, ?
- Какой примерно блеск имеет исследуемый объект?
- В последнюю очередь, когда глаз и мозг усвоил достаточно информации - определите, на что похожа туманность? Есть ли сходство с каким-то предметом?
И всё… Оторвитесь на несколько секунд от телескопа, дайте отдохнуть глазам. Представьте перед собой то, что только что наблюдали. Взгляните ещё раз в окуляр, зафиксируйте. Сверьтесь со своими записями. Если всё хорошо, то наблюдения за этой планетарной туманностью можно заканчивать и после короткой паузы переключаться на новый объект.
Вот таких несколько простых, но на мой взгляд очень полезных и нужных рекомендаций стоит придерживаться при наблюдении планетарных туманностей . До новых статей, берегите свои глаза и не упускайте ни одной безоблачной звёздной ночи.
Эти загадочные объекты, смотрящие на людей из глубин космоса, давным-давно привлекали внимание тех, для кого наблюдения за небом стало частью жизни. Еще в каталоге древнегреческого ученого Гиппарха отмечено несколько туманных объектов на звездном небе. А его коллега, Птолемей, добавил в свой каталог еще пять туманностей к уже известным. До изобретения Галилея телескопа не так уж много объектов этого типа можно было увидеть невооруженным глазом. Но уже в 1610 году направленный на небо примитивный телескоп конструкции Галилея обнаружил там туманность Ориона. Еще через два года была открыта туманность Андромеды. И с тех пор по мере совершенствования телескопов начались все новые и новые открытия, приведшие со временем к выделению особого класса звездных объектов – туманностей.
Через некоторое время известных туманностей стало достаточно много для того, что бы они начали мешать поиску новых объектов, таких, как например кометы. И вот, в 1784 году французский астроном Шарль Мессье, занимавшийся как раз поиском комет, составляет первый в мире каталог космических туманностей, который был издан несколькими частями. Всего их туда вошло 110 на тот момент известных объекта этого класса.
При составлении каталога, Мессье давал им номера М1, М2 и так далее, до М110. Многие объекты этого каталога до сих пор имеют такое обозначение.
Однако, в те времена не было известно, что природа различных туманностей совершенно отличается друг от друга. Для астрономов это были просто туманные пятна, отличающиеся от обычных звезд.
Теперь же, благодаря достижениям астрономии, мы знаем о туманностях несравнимо больше. Что же представляют из себя эти загадочные объекты, и чем они отличаются друг от друга?
Прежде всего, многие наверное удивятся, когда узнают, что существуют не только светлые туманности. Сегодня известно множество объектов, называющихся темные туманности. Они представляют из себя плотные облака межзвездной пыли и газа, которые являются непрозрачными для света из-за его поглощения содержащейся в туманности пылью. Такие туманности отчетливо выделяются на фоне звездного неба или на фоне светлых туманностей. Классическим примером такой туманности является туманность Угольный Мешок в созвездии Южного Креста. Нередко бывает, что такая туманность служит материалом для образования в ее области новых звезд из-за большого количества межзвездного вещества.
Что касается светлых туманностей, то они тоже содержат и газ и пыль. Однако, причиной свечения такой туманности могут являться несколько факторов. Во-первых, это наличие внутри такой туманности или же рядом с ней звезды. В этом случае, если звезда не слишком горячая, то туманность светится за счет света, отражаемого и рассеиваемого входящей в ее состав космической пылью. Такая туманность называется отражательной туманностью. Классический пример подобного объекта – известное, пожалуй, всем, скопление Плеяды.
Другим видом светлой туманности являются ионизированные туманности. Такие туманности образуются в результате сильной ионизации входящего в их состав межзвездного газа. Причиной этому является излучение близкой горячей звезды или же другого объекта, являющегося источником мощного излучения, в том числе ультрафиолетового и рентгеновского. Так, яркие ионизированные туманности имеются в ядрах активных галактик и квазаров. Ряд таких туманностей, известных так же под названием Область H II, являются местами активного звездообразования. Образующиеся внутри нее горячие молодые звезды ионизируют туманность мощным ультрафиолетовым излучением.
Еще одним видом космических туманностей являются планетарные туманности. Эти объекты возникают в результате сброса внешней оболочки звездой-гигантом, массой от 2.5 до 8 солнечных. Такой процесс происходит при вспышке Новой звезды (не путать со взрывом сверхновой, это разные вещи!), когда часть звездного вещества выбрасывается в космическое пространство. Такие туманности имеют форму кольца или диска, а так же сферы (для Новых звезд).
Взрыв Сверхновой так же оставляет после себя светящуюся туманность, разогретую в процессе взрыва до нескольких миллионов градусов. Это гораздо более яркие светлые туманности, чем обычные планетарные туманности. Срок их жизни по космическим меркам совсем небольшой – не более 10 тысяч лет, после чего они сливаются с окружающим межзвездным пространством.
Более редким и экзотическим видом туманностей являются туманности вокруг звезд Вольфа-Райе. Это звезды с очень высокой температурой и светимостью, обладающие мощным излучением и скоростью истечения звездного вещества со своей поверхности (свыше 1000 километров в секунду). Такие звезды ионизируют межзвездный газ в радиусе нескольких парсек. Однако, звезд такого типа известно очень немного (в нашей Галактике – чуть более 230), поэтому и туманностей такого типа соответственно мало.
Как видите, наши знания о космических туманностях сегодня достаточно обширны, хотя, конечно же, есть еще очень много неясного в процессах их образования и жизни. Однако, это совсем не мешает нам так же любоваться их красотой, как это делали наши менее осведомленные предки.
Великий астроном XVIII века Уильям Гершель, открывший планету Уран, кроме этого прославился первым глубоким изучением мира туманностей. Он разделил их на классы, в частности, выделив среди них так называемые «планетарные туманности». Гершель предложил это название исключительно из-за их внешнего сходства с планетой Уран. Маленькие и тусклые, планетарные туманности напоминали астрономам прошлого диск далекой планеты.
Гораздо позже ученые выяснили физическую природу этих объектов. Происхождение планетарных туманностей первым объяснил в 1950-х годах советский астрофизик И. С. Шкловский. Оказалось, что планетарные туманности порождаются умирающими звездами. В процессе превращения в белый карлик звезды сбрасывают в космос внешние слои, которые ионизируются ультрафиолетовым излучением и переизлучают фотоны в оптическом диапазоне. В последнее время выяснилось, что многие планетарные туманности обладают весьма сложной структурой. Особенно это видно на фотографиях, сделанных с помощью телескопа «Хаббл».
По астрономическим меркам планетарные туманности - весьма короткоживущие явления: срок их жизни составляет около десяти тысяч лет. Поэтому астрономам известно не более полутора тысяч подобных объектов в нашей галактике. 34 наиболее интересных из них предлагаем вашему вниманию.
Многообразие планетарных туманностей
Великолепная планетарная туманность «Улитка» - одна из наиболее ярких и красивых. В Новом общем каталоге туманностей она числится под номером 7293. Фото: NASA, ESA, C.R. O"Dell (Vanderbilt University), M. Meixner and P. McCullough (STScI)
Туманность «Кошачий глаз», NGC 6543: фантастические скульптуры из газа и пыли, сфотографированные телескопом «Хаббл». Фото: NASA, ESA, HEIC, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Еще одно фото NGC 6543 в искусственных цветах. Возраст туманности «Кошачий глаз» около 1000 лет. Ее форма, возможно, свидетельствует о том, что она образовалась из двойной звездной системы. Фото: J.P. Harrington, K.J. Borkowski (University of Maryland)/ NASA
Знаменитая планетарная туманность М57 в созвездии Лиры, или туманность «Кольцо». На снимках, подобных этому видна сложная структура туманности. Фото: The Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA)
Еще один известный пример планетарной туманности - объект MyCn18, «песочные часы» вокруг умирающей звезды. Фото: Raghvendra Sahai / John Trauger (JPL) / WFPC2 science team / NASA
Туманность «Медуза» - очень старая планетарная туманность. Она находится примерно в 1500 световых годах от Земли в созвездии Близнецы. Фото: H. Schweiker/NOAO/AURA/NSF / T. A. Rector/University of Alaska Anchorage
Туманность NGC 3132 - озеро света. Фото: The Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA)
Планетарная туманность Abell 39 обладает почти идеально сферической формой. Ее диаметр составляет почти 5 световых лет, а толщина стенок - треть светового года. Туманность Abell 39 находится на расстоянии 7 000 световых лет от Земли в созвездии Геркулеса. Фото: WIYN/NOAO/NSF
Умирая, звезда сбрасывает внешние слои, которые, рассеиваясь в космосе, образуют планетарную туманность. Планетарными такие туманности называются исключительно потому, что в небольшие телескопы они похожи на крошечные и тусклые диски. Раньше многие астрономы принимали их за далекие планеты, откуда и повелось название. Но большие и современные инструменты показывают астрономам множество интересных поднобностей. NGC 6369 - еще один пример великолепной планетарной туманности с богатой структурой. Фото: NASA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Планетарная туманность «Гантель» в созвездии Лисички - один из самых ярких объектов подобного рода. Туманность была обнаружена впервые французским астрономом Шарлем Мессье, который внес ее в свой каталог туманных объектов под номером 27. Расстояние до М27 известно лишь примерно и составляет около 1200 световых лет. Фото: ESO
Планетарная туманность NGC 2346. Фото: NASA / The Hubble Heritage Team (AURA/STScI).
Одна из последних фотографий космического телескопа им. Хаббла - туманность «Ожерелье». Фото: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Туманность «Эскимо» или NGC 2392. Фото: NASA / Andrew Fruchter / ERO Team
Туманность «Спирограф» (IC 418). Фото: NASA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Туманность Джонс-1 (Jones 1), известная также под номером PK 104-29.1, - очень тусклая, похожая на призрак, туманность в созвездии Пегаса. Это изображение получено в 2009 году на телескопе Мэйалла. Фото: T.A. Rector/University of Alaska Anchorage, H. Schweiker/WIYN and NOAO/AURA/NSF
Планетарная туманность «Черепаха», NGC 6210. Фото: NASA
Туманность «Электрический скат» или Hen-1357 - самая молодая из известных планетарных туманностей. Фото: Matt Bobrowsky (Orbital Sciences Corporation) / NASA
Молодая планетарная туманность Hen 1357. Фото: Matt Bobrowsky (CTA INCORPORATED) / NASA
Очень необычная планетарная туманность Sharpless 2-188 (Sh2-188). Имея почти сферическую форму, туманность светится неравномерно. Более яркое свечение юго-восточной части (внизу слева) объясняется столкновением газа с межзвездным веществом, которое и породило эту ударную волну. Именно в эту сторону движется мертвая звезда, породившая туманность. Шарплесс 2-188 находится в созвездии Кассиопея. Фото: T.A. Rector/University of Alaska Anchorage, H. Schweiker/WIYN and NOAO/AURA/NSF
Закрученная подобно спиральной галактике, планетарная туманность K 4-55. Фото: NASA / ESA / Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Объект Mz 3 - планетарная туманность «Муравей». Снимок телескопа «Хаббл». Фото: NASA / ESA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Безмолвное космическое пламя умирающей звезды: планетарная туманность NGC 6302. Фото: NASA / ESA / Hubble SM4 ERO Team
Рассеянный свет туманности «Бумеранг». В 1995 году астрономы при помощи телескопа «Хаббл» измерили температуру материи внутри этой туманности. Оказалось, что вещество туманности всего на 1 градус теплее точки абсолютного нуля. Туманность «Бумеранг» - одно из самых холодных мест во Вселенной. Фото: NASA / ESA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Туманность NGC 7662 или «Голубой снежок». Фото: Volker Wendel, Josef Pöpsel, Stefan Binnewies
Планетарная туманность «Мыльный пузырь». Объект PN G75.5+1.7 был найден 6 июля 2008 года любителем астрономии Дэйвом Юрасевичем (Dave Jurasevich). Этот снимок был получен с помощью 4-метрового телескопа обсерватории Китт Пик. Фото: T. A. Rector/University of Alaska Anchorage, H. Schweiker/WIYN and NOAO/AURA/NSF
Планетарная туманность NGC 5307, снимок телескопа «Хаббл». Фото: NASA / ESA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Планетарная туманность М76 «Маленькая гантель» в созвездии Персея. На этом фото, полученном с помощью 60-см телескопа в Греции видно, что в центре туманности находится двойная звезда. Фото: Stefan Heutz, Stefan Binnewies, Josef Pöpsel
Туманность He 2-47. Фото: NASA / ESA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Далекая планетарная туманность NGC 6894 в созвездии Лебедя. Фото: Volker Wendel, Stefan Binnewies, Josef Pöpsel
NGC 3242 или «Призрак Юпитера» - планетарная туманность в созвездии Гидры. Фото: Rainer Sparenberg, Stefan Binnewies, Volker Robering
Планетарная туманность NGC 6781 в созвездии Орла является излюбленным объектом для астрофотографов. Фото: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona
Планетарная туманность NGC 6751. Фото: NASA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Планетарная туманность IC 4406 благодаря сложной структуре получила название «Сетчатка». Фото: NASA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Туманность NGC 5315. Фото: NASA / ESA / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Сфотографированная в лучах H-alpha туманность NGC 6445 в созвездии Стрелец. Фото: Josef Pöpsel, Beate Behle
Такие как углерод , азот , кислород и кальций).
В последние годы при помощи снимков, полученных космическим телескопом «Хаббл », удалось выяснить, что многие планетарные туманности имеют очень сложную и своеобразную структуру. Несмотря на то, что приблизительно пятая часть из них имеет околосферическую форму, большинство не обладает какой бы то ни было сферической симметрией. Механизмы, благодаря которым возможно образование такого многообразия форм, остаются на сегодняшний день до конца не выясненными. Считается, что большую роль в этом могут играть взаимодействие звёздного ветра и двойных звёзд , магнитного поля и межзвёздной среды .
История исследований
Планетарные туманности в большинстве своём представляют собой тусклые объекты и, как правило, не видны невооружённым глазом. Первой открытой планетарной туманностью была туманность Гантель в созвездии Лисички : Шарль Мессье , занимавшийся поиском комет , при составлении своего каталога туманностей (неподвижных объектов, похожих при наблюдении неба на кометы) в 1764 году занёс её в каталог под номером M27. В 1784 году Уильям Гершель , первооткрыватель Урана , при составлении своего каталога выделил их в отдельный класс туманностей (class IV nebulae ) и предложил для них термин «планетарная туманность» из-за их видимого сходства с диском Урана .
Необычность природы планетарных туманностей обнаружилась в середине XIX века , с началом использования в наблюдениях метода спектроскопии . Уильям Хаггинс стал первым астрономом, получившим спектры планетарных туманностей - объектов, выделявшихся своей необычностью:
Одними из самых загадочных из этих замечательных объектов являются те, которые при телескопическом наблюдении имеют вид круглых или слегка овальных дисков. …Замечателен и их зеленовато-голубой цвет, чрезвычайно редкий для одиночных звёзд. Кроме того, в этих туманностях нет признаков центрального сгущения. По этим признакам планетарные туманности резко выделяются как объекты, которым присущи свойства, совершенно отличающиеся от свойств Солнца и неподвижных звёзд . Из этих соображений, а также благодаря их яркости, я избрал эти туманности как наиболее подходящие для спектроскопического исследования .
Другой проблемой был химический состав планетарных туманностей: Хаггинс сравнением с эталонными спектрами сумел идентифицировать линии азота и водорода , однако самая яркая из линий с длиной волны 500,7 нм не наблюдалась в спектрах известных тогда химических элементов. Было выдвинуто предположение, что эта линия соответствует неизвестному элементу. Ему заранее дали название небулий - по аналогии с идеей, приведшей к открытию гелия при спектральном анализе Солнца в 1868 году .
Предположения об открытии нового элемента небулия не подтвердились. В начале XX века Генри Расселл выдвинул гипотезу о том, что линия на 500,7 нм соответствует не новому элементу, а старому элементу в неизвестных условиях.
Возобновление термоядерных реакций препятствует дальнейшему сжатию ядра. Выгорающий гелий вскоре создаёт инертное ядро, состоящее из углерода и кислорода , окружённое оболочкой из горящего гелия. Термоядерные реакции с участием гелия очень чувствительны к температуре. Скорость протекания реакции пропорциональна T 40 , то есть увеличение температуры всего на 2 % приведёт к удвоению скорости протекания реакции. Это делает звезду очень нестабильной: малый прирост температуры вызывает быстрое увеличение скорости хода реакций, повышая выделение энергии, что, в свою очередь, заставляет увеличиваться температуру. Верхние слои горящего гелия начинают быстро расширяться, температура понижается, реакция замедляется. Всё это может быть причиной мощных пульсаций, иногда достаточно сильных, чтобы выбросить значительную часть атмосферы звезды в космическое пространство.
Выброшенный газ формирует расширяющуюся оболочку вокруг обнажившегося ядра звезды. По мере того, как всё большая часть атмосферы отделяется от звезды, проявляются всё более и более глубокие слои с более высокими температурами. При достижении обнажённой поверхностью (фотосферой звезды) температуры в 30 000 К энергия испускаемых ультрафиолетовых фотонов становится достаточной для ионизации атомов в выброшенном веществе, что заставляет его светиться. Таким образом, облако становится планетарной туманностью.
Продолжительность жизни
Вещество планетарной туманности разлетается от центральной звезды со скоростью в несколько десятков километров в секунду. В то же время, по мере истечения вещества центральная звезда остывает, излучая остатки энергии; термоядерные реакции прекращаются, так как звезда теперь не обладает достаточной массой для поддержания температуры, требуемой для синтеза углерода и кислорода. В конце концов, звезда остынет настолько, что перестанет излучать достаточно ультрафиолета для ионизации отдалившейся газовой оболочки. Звезда становится белым карликом , а газовое облако рекомбинирует , становясь невидимым. Для типичной планетарной туманности время от образования до рекомбинации составляет 10 000 лет.
Галактические переработчики
Планетарные туманности играют значительную роль в эволюции галактик. Ранняя Вселенная состояла в основном из водорода и гелия , из которых формировались звёзды II типа . Но со временем в результате термоядерного синтеза в звёздах образовались более тяжёлые элементы. Таким образом, вещество планетарных туманностей имеет высокое содержание углерода , азота и кислорода , а по мере расширения и проникновения в межзвёздное пространство оно обогащает его этими тяжёлыми элементами, в общем называемыми астрономами металлами .
Последующие поколения звёзд, формирующиеся из межзвёздного вещества, будут содержать большее начальное количество тяжёлых элементов. Хотя их доля в составе звёзд остаётся незначительной, но от их наличия ощутимо меняется жизненный цикл звёзд I типа (см. Звёздное население).
Характеристики
Физические характеристики
Типичная планетарная туманность имеет среднюю протяжённость в один световой год и состоит из сильно разреженного газа плотностью около 1000 частиц на см³, что пренебрежимо мало в сравнении, например, с плотностью атмосферы Земли, но примерно в 10-100 раз больше, чем плотность межпланетного пространства на расстоянии орбиты Земли от Солнца. Молодые планетарные туманности имеют наибольшую плотность, иногда достигающую 10 6 частиц на см³. По мере старения туманностей их расширение приводит к уменьшению плотности.
Излучение центральной звезды нагревает газы до температур порядка 10 000 . Парадоксально, что температура газа нередко повышается с увеличением расстояния от центральной звезды. Это происходит по той причине, что чем большей энергией обладает фотон , тем менее вероятно, что он будет поглощён. Поэтому во внутренних областях туманности поглощаются малоэнергетические фотоны, а оставшиеся, обладающие высокой энергией, поглощаются во внешних областях, вызывая рост их температуры.
Туманности можно разделить на бедные материей и бедные излучением . Согласно этой терминологии, в первом случае туманность не обладает достаточным количеством материи для поглощения всех ультрафиолетовых фотонов, излучаемых звездой. Поэтому видимая туманность полностью ионизирована. Во втором же случае центральная звезда испускает недостаточно ультрафиолетовых фотонов, чтобы ионизировать весь окружающий газ, и ионизационный фронт переходит в нейтральное межзвёздное пространство.
Так как бо́льшая часть газа планетарной туманности ионизирована (то есть является плазмой), значительный эффект на её структуру оказывает действие магнитных полей , вызывая такие феномены, как волокнистость и нестабильность плазмы.
Количество и распределение
На сегодняшний день в нашей галактике , состоящей из 200 миллиардов звёзд, известно 1500 планетарных туманностей. Их краткая по сравнению со звёздной продолжительность жизни является причиной их малого числа. В основном, все они лежат в плоскости Млечного Пути , причём большей частью сосредоточившись вблизи центра галактики, и практически не наблюдаются в звёздных скоплениях.
Использование ПЗС-матриц вместо фотоплёнки в астрономических исследованиях позволило значительно расширить список известных планетарных туманностей.
Структура
Большинство планетарных туманностей симметричны и имеют почти сферический вид, что не мешает им иметь множество очень сложных форм. Приблизительно 10 % планетарных туманностей практически биполярны, и лишь малое их число асимметричны. Известна даже прямоугольная планетарная туманность . Причины такого разнообразия форм до конца не выяснены, но считается, что большую роль могут играть гравитационные взаимодействия звёзд в двойных системах. По другой версии, имеющиеся планеты нарушают равномерное растекание материи при образовании туманности. В январе 2005 года американские астрономы объявили о первом обнаружении магнитных полей вокруг центральных звёзд двух планетарных туманностей, а затем выдвинули предположение, что именно они частично или полностью ответственны за создание формы этих туманностей. Существенная роль магнитных полей в планетарных туманностях была предсказана Григором Гурзадяном ещё в 1960-е годы . Есть также предположение, что биполярная форма может быть обусловлена взаимодействием ударных волн от распространения фронта детонации в слое гелия на поверхности формирующегося белого карлика (например, в туманностях Кошачий Глаз , Песочные Часы , даст возможность вычислить скорость расширения вдоль луча зрения. Сравнение углового расширения с полученной скоростью расширения сделает возможным вычисление расстояния до туманности.
Существование такого разнообразия форм туманностей является темой жарких дискуссий. Широко распространено мнение, что причиной этому может быть взаимодействие между веществом, удаляющимся от звезды с различными скоростями. Некоторые астрономы считают, что двойные звёздные системы ответственны, по крайней мере, за наиболее сложные очертания планетарных туманностей. Недавние исследования подтвердили наличие у нескольких планетарных туманностей мощных магнитных полей, предположения о чём уже неоднократно выдвигались. Магнитные взаимодействия с ионизированным газом также могут играть некоторую роль в становлении формы некоторых из них.
На данный момент существуют две различных методики обнаружения металлов в туманности, основывающиеся на различных типах спектральных линий. Иногда эти два метода дают совершенно непохожие результаты. Некоторые астрономы склонны объяснять это наличием слабых флуктуаций температуры в пределах планетарной туманности. Другие полагают, что различия в наблюдениях слишком разительны, чтобы объяснить их при помощи температурных эффектов. Они выдвигают предположения о существовании холодных сгустков, содержащих очень малое количество водорода. Однако сгустки, наличие которых, по их мнению, способно объяснить разницу в оценке количества металлов, ни разу не наблюдались.
Физика планетарных туманностей. - М. : Наука, 1982.
