Туманности – важный элемент эволюции галактик
Введение. Туманности
– важный элемент эволюции галактик
Туманности являются важным элементом в кругообороте вещества во Вселенной, в эволюции звезд и галактик.
Поскольку наименований
различных туманностей много (диффузные,
отражательные, эмиссионные, темные, планетарные),
то можно постараться привести их
названия в некую систему. Если под
системой понимать целостное объединение,
имеющее множество элементов, которые
имеют взаимоотношения между
собой, то возможно привести в систему
исторические названия туманностей, поскольку
различные туманности можно классифицировать
по различной плотности и
Вторая задача научной работы – подобрать иллюстрации к каждому типу туманностей. В существующих учебниках по астрономии реальные фотографии туманностей, полученных в последнее время космическими обсерваториями (им.Хаббла, Чандра и другими) практически не приводятся.
Третья задача –
подобрать литературу, а также
ссылки в Интернет по данному вопросу.
1.
Краткая характеристика
туманностей. Анализ
исторического названия
различных названий
туманностей
Пространство между
звездами не пустует. В очень малых
концентрациях в нем
Но кроме звезд здесь скапливается и межзвездное вещество. Плотность его в среднем такова, что на один кубический сантиметр приходится всего одна частица. Однако, десятки, сотни и тысячи световых лет, на протяжении которых распылены эти частицы, делают межзвездный газ ощутимым. Он поглощает и рассеивает свет звезд, делая его краснее (так же, как на заре земная атмосфера делает краснее свет Солнца). Кроме того, вещество способно образовывать в тысячу раз более плотные газовые облака. Их-то мы и видим как туманности. В межзвездной среде присутствует также и пыль, в еще меньших концентрациях примешивающаяся к газу. В состав пылинок входят железо, кремний, азот, кислород, углерод и другие элементы. Все они могут образовывать простейшие молекулы (воду, углекислый газ).
Иногда встречаются и более сложные молекулы. Все эти вещества "поставляются" в космос старыми звездами, которые, образуя планетарные туманности, теряют свои внешние слои, а также в результате процесса взрыва сверхновых звезд. При взрыве сверхновых звезд тяжелые элементы (тяжелее гелия) выбрасываются в относительно больших количествах.
Случайные уплотнения межзвездного вещества могут стать зачатками образования больших газопылевых облаков, каждое из которых способно породить несколько десятков или даже сотен звезд.
В настоящее время астрономы делят туманности на диффузные излучающие (эмиссионные), отражающие и темные. У них у всех может быть один и тот же химический состав, но выглядят на небе они по-разному.
Если газопылевое облако настолько разогрето ближайшими звездами, в том числе находящимися и родившимися в нем самом, то оно может начать светиться, как любой нагретый до высокой температуры газ. Это – диффузные излучающие туманности. Температура газа в излучающих туманностях может доходить до миллионов градусов.
Примером диффузной туманности является Туманность Розетка.
Рис. 2. Одна из излучающих туманностей – Туманность Розетка.
Примером планетарной
туманности является планетарная туманность
в созвездии Лира. Словосочетание
"планетарная туманность" является
историческим и никакого отношения
к образованию планетарной
Рис. 3. Планетарная
туманность в созвездии Лира.
Если межзвездный
газ не нагревается близкими звездами,
то может наблюдаться темные туманности
или даже глобулы.
2. Диффузные туманности
Многие туманности
не имеют определенной формы. Они
похожи на клочковатый туман, растекающийся
струями в разные стороны. Эти
туманности называются диффузными. Другие
названия данных объектов – газовые,
галактические туманности. Их известно
несколько сот в Нашей
Бывают туманности со спектром поглощения, бывают со спектром излучения (эмиссионный спектр). Первые туманности называются иногда отражательными туманностями. Последние туманности светятся за счет возбуждения от горячей звезды ранних спектральных классов. Они также называются эмиссионными туманностями.
Туманность Ориона (М42) – самая яркая диффузная туманность в небе. Для астрономов Орион также является интересным объектом, так как в нем расположена одна из самых близких к нам и наиболее активных областей звездообразования в Млечном Пути. Около центра расположена знаменитая кратная звезда Трапеция Ориона, состоящая из 4 звезд, а также звездная ассоциация, включающая в себя около тысячи звезд, возраст которых составляет около миллиона лет. За последние 10 миллионов лет в этой области сформировались десятки тысяч новых звезд. Это очень короткий период времени по астрономическим меркам.
Рис. 4. Диффузная туманность М 42 "Туманность Ориона".
Газопылевую туманность М 42 – в ясную ночь можно увидеть невооруженным глазом в центре созвездия Ориона. Даже в бинокль видно, что эта туманность протянулась на несколько десятков световых лет.
Рис.5. Диффузные туманности в созвездии Ориона: М 42(NGC 1976) внизу и М 43 (NGC 1977) вверху.
Она освещается несколькими
массивными горячими звездами, расположенными
в ее центре, известными под названием
Трапеция. Однако центральная часть
этой туманности скрыта от наблюдателя,
так как в видимой области
спектра она не просматривается.
В ней расположены около тысячи
очень молодых звезд, расстояния
между которыми меньше, чем расстояние
между Солнцем и самыми близкими
к нему звездами. В видимой части
спектра центральная область
затенена большим количеством газа
и пыли, из которых эти звезды
сформировались. Эффект затенения становится
меньше на более длинных волнах.
Рис.6. Изображение центральной части туманности Ориона, составленная на основе 81 снимка,
полученного с помощью телескопа Very Large Telescope (VLT) обсерватории Paranal, ESO.
Около центра расположена знаменитая кратная звезда Трапеция
Здесь видны следы оттока газа из очень молодого объекта, расположенного в плотном молекулярном облаке позади туманности Ориона. Газ, выброшенный взрывом, разлетается со скоростью 200 км в секунду.
Рис.7. Одна из излучающих туманностей – Туманность Розетка.
Внутри туманности
находится рассеянное скопление, состоящее
из ярких молодых звезд и
Рис.8. Диффузная
туманность "Трехраздельная".
Диффузная туманность "Трехраздельная" ("Trifid") в созвездии Стрельца имеет диаметр в 40 световых лет (20х20ў) и содержит большое количество пыли. Эта область звездообразования и содержит несколько молодых звезд находящихся глубоко внутри туманности, которые и заставляют ее пылать. Красные цвета – излучения от газа, нагретого этими горячими молодыми звездами. Синие цвета получаются в результате рассеивания звездного света пылью в туманности
Рис.9. Туманность "Петля" NGC 6069.
Рис.10. Диффузная туманность "Карина" NGC 3372.
Рис. 11. Диффузная туманность "Тарантул".
Рис.12. Диффузная туманность "Северная Америка" NGC 7000 (слева)
и диффузная туманность "Пеликан" IC 5067 (справа).
Рис. 13. Диффузная туманность "Лагуна".
Туманность Лагуны содержит малые скопления звезд (NGC 6523) и связанного с ним окружающего газового облака из которого они сформировались. Туманность видима невооруженным взглядом как яркое нечеткое пятно с шестью звездами 7 и 9 звездной величиной. Основа свечения диффузной туманности – яркая область снизу справа снимка, содержащая туманность "Песочные часы" (Hourglass). Название происходит от темного диапазона, который, кажется, разделяет центральную область.
Рис.14. Диффузная туманность и рассеянное звездное скопление в созвездии Змея "Орел".
В центре хорошо видны так называемые "столбы".
Звезды в M16 формировались из газа и пыли и теперь снабжают энергией оставшийся газ, заставляя его пылать. Подробные изображения Космического телескопа Хаббл показали это, а также доказали продолжающееся звездообразование. Его название исходит из-за его отличительной особенности, созданной густыми областями пыли в туманности.
Рис. 15. В центре диффузной туманности "Орел" видны "столбы".
Это области более холодного межзвездного газа.
Рис. 16. Диффузная туманность "Омега" (М 17) в созвездии Стрельца.
Диффузная туманность M17 известна несколькими названиями – "Туманность Омега" (Omega), "Лебедь" (Swan), "Подкова" (Horseshoe) или туманность "Омара" (Lobster). В этой туманности молодые звезды возбудили окружающее газовое облако, из которого они формировались, вызывая накаливание до красного цвета. Масса газа в туманности была оценена в приблизительно 800 масс нашего Солнца. Диффузная туманность имеет значительные размеры и может наблюдаться в слабые телескопы (20х15`).
3.
Планетарные туманности
В числе туманностей наблюдаются немногочисленные так называемые планетарные туманности. Внутри каждой из них, в центре, всегда есть одна очень горячая звезда. Такие туманности состоят из разреженного газа, который удаляется во все стороны от центральной звезды со скоростью десятков километров в секунду. Если газовая оболочка вокруг звезды внутри полая, то туманность имеет вид кольца, как, например, туманность в созвездии Лиры.
Рис. 17. Планетарная туманность М 57 "Кольцо" в созвездии Лира.
Туманность "Кольцо"
(М57) является, пожалуй, наиболее известным
небесным кольцом. Видимое довольно
правильное кольцо - всего лишь обман
зрения, связанный с проекцией; на
самом деле, облако газа, окружающее
умирающую центральную звезду, имеет
бочкообразную форму, мы же, глядя
на него с Земли, видим кольцо, поскольку
ось "бочки" параллельна лучу зрения.
Это поразительно четкое изображение
было подготовлено на основе наблюдений
космического телескопа им. Хаббла,
и в нем использованы естественные
цвета, для представления температуры
окутывающего центральную звезду газа.
Энергии жестких
Туманность "Кошачий
глаз" (NGC 6543) – это одна из самых
известных и красивых планетарных
туманностей на небе, имеющих сложную
структуру. Ее запоминающиеся симметричные
формы видны в центральной
части изображения в
На левой фотографии
видны области необычно яркого рентгеновского
излучения, свидетельствующие о
наличии там разогретого до огромных
температур газа.
Рис.18. Планетарная туманность "Кошачий глаз". Слева – фотография с обсерватории "Чандра" в рентгеновском дисапазоне. Слева – фотография HST.
Хорошо видно, что
центральная звезда туманности погружена
в светящееся в рентгеновском
диапазоне облако газа с температурой
в несколько миллионов
Рис.19. Планетарная туманность "Песочные часы".
Данная подробная фотография выявила вихреобразные структуры этой светящейся туманности, которая представляет собой газовую оболочку, сброшенную на расстоянии около 3000 световых лет от Земли умирающей звездой типа Солнца. Эти "уши" сдавливаются за счет кольца более плотного газа, видимо, выброшенным в плоскости орбиты компаньона. Ученые заподозрили наличие второго компаньона звезды, который может быть также ответственным за пару высокоскоростных джетов газа, расположенных справа от экваториального кольца. Когда компаньон движется через вещество от соседней звезды, рождаются джеты, которые распространяются вдоль оси вращения компаньона. С помощью этих джетов можно объяснить некоторые загадочные особенности на периферии газовых "ушей". На переднем фронте джета сжимается газ, образующий причудливый узор и яркие арки на внешнем крае газовых полостей. В настоящее время два джета направлены уже не на эти детали. Возможно, что джеты прецессируют, и тем самым случайно "включаются" и "выключаются".
Изображение молодой
планетарной туманности MyCn18, расположенной
приблизительно на расстоянии 8 тыс. св.
лет было получено Широкоугольной планетарной
Камерой 2 на борту космического телескопа.
Тонкие разноцветные кольца светящегося
газа – азотно-красные, водородно-зеленые
и кислородно-синие –
Космический телескоп обнаружил также другие новые неожиданные свойства в структуре данной туманности. Например, есть пара пересеченных колец в центральной области и многочисленные дуги. Эти особенности могут быть удовлетворительно объяснены наличием невидимой звезды-компаньона.
Рис. 20. Планетарная туманность IC 418.
Планетарная туманность IC 418, прозванная Туманностью Спирографа за ее сходство с кривыми, полученными при вращении одной окружности вдоль другой, отличается весьма необычной структурой, происхождение которой до сих пор в значительной степени остается неразгаданным. Вероятно, своей причудливой формой туманность, обязана хаотическому ветру, исходящему от центральной переменной звезды, блеск которой меняется непредсказуемым образом на интервалах времени всего в несколько часов. При этом согласно имеющимся данным всего несколько миллионов лет назад IC 418 была, по-видимому, простой звездой подобной нашему Солнцу. Каких-нибудь несколько тысяч лет назад IC 418 была обычным красным гигантом.
Однако, после исчерпания запасов ядерного горючего, внешняя оболочка звезды начала расширяться, оставляя после себя горячее ядро, которому судьба уготовила превратиться в звезду белый карлик, расположенную в центре снимка. Излучение центрального ядра возбуждает атомы в туманности , заставляя их светиться. IC 418 находится от нас на расстоянии около 2000 световых лет, а ее диаметр составляет 0.3 световых года. На этом изображении в условных цветах, полученном недавно на Космическом телескопе имени Хаббла хорошо видны необычные детали структуры туманности.
Рис. 21.Планетарная
туманность NGC 7027.
Туманность NGC 7027 является одной из самых маленьких планетарных туманностей. Но, несмотря на свои размеры она примерно в 14000 раз больше, чем наше Солнце. На снимке показаны детали процессов, происходящих в планетарной туманности NGC 7027, где умирает звезда подобная Солнцу. Новые особенности изображения состоят в наличие слабо-голубых концентрических оболочек, окружающих туманность, обширной красной сети облаков пыли повсюду во внутренней области туманности и горячего белого карлика, видимого в центре, как белая точка. В конце своей эволюции звезды подобные Солнцу, расширяясь в 50 раз больше своего первоначального диаметра, проходят стадию красного гиганта. В этот период их внешние слои выбрасываются в пространство, оголяя маленькое и очень горячее ядро звезды, которое охлаждаясь, превращается в белый карлик. Хотя звезды подобные Солнцу живут приблизительно
10 миллиардов лет
до начала стадии красного
гиганта и образования
Рис. 22. Планетарная туманность "Эскимос".
Планетарная туманность
"Эскимос" NGC 2392 напоминает голову
человека в парке с капюшоном.
В 2000 г. Космический телескоп Хаббла
получил изображения туманности
Эскимос. На этом изображении видна
такая сложная структура
NGC 2346 является так
называемой "планетарной туманностью",
которая истекает из звезд
солнечного типа на последних
этапах их жизни. NGC 2346 замечательна
потому, что ее центральная звезда
является фактически очень
Рис.23. Туманность NGC 2346.
При этом спутник
стал по спирали падать внутрь красного
гиганта, и изрыгать газ, образовавший
кольцо вокруг двойной системы. Позже,
когда обнажилось горячее ядро красного
гиганта, оно породило более быстрый
звездный ветер, который стал истекать
перпендикулярно к кольцу и раздувать
два огромных "пузыря". Этот двухступенчатый
процесс, по-видимому, и привел к
форме туманности, похожей на бабочку.
NGC 2346 лежит приблизительно в 2000 световых
годах от нас, а ее размер - около
одной трети светового года.
Рис.24. Планетарная туманность 2440.
NGC 2440 - еще одна
планетарная туманность, истекшая
из умирающей звезды, но она
имеет намного более
рис. 25. Планетарная туманность М 27.
Планетарная туманность M27 имеет размер 8x4 квадратных угловых минут и обладает очень высокой поверхностной яркостью, поэтому ее можно легко найти даже в маленькие телескопы. Высокая поверхностная яркость обеспечивается за счет большого количества ионизованного газа.
Планетарная туманность
М 6751 имеет собственное название
– "Фейерверк ". NGC Планетарная
туманность М6751 – "Фейерверк" или
"Огни в небе" и подобна гигантскому
космическому фейерверку. Она является
сложной планетарной
расстоянии в 6,500 световых лет и имеет диаметр в 0.8 световых лет, т.е в 600 раз больше диаметра нашей собственной солнечной системы.
рис. 26. Планетарная туманность М 6751.
Рис. 27. Планетарная туманность М 97 "Сова".
Планетарная туманность
M97 в созвездии Б.Медведица –
сложная планетарная
Обобщая вышеперечисленное, можно сказать, что все планетарные туманности светятся за счет энергии горячей центральной звезды. Спектр такой звезды напоминает спектр звезд типа Вольфа-Райе W-R, звезд класса О. В спектрах самих туманностей видны яркие эмиссионные линии ионизованного кислорода, азота. По смещениям линий спектра обнаружено, что данные планетарные туманности расширяются в среднем со скоростями в несколько десятков километров в секунду. Поэтому можно говорить, что планетарные туманности - это сброшенные звездные оболочки.
Рис.28. Планетарная
туманность "Южные Кольца" (NGC 3132).
Туманность Южных Колец (Southern Ring) – NGC 3132 – превосходный пример планетарной туманности. Она находится на расстоянии приблизительно в 2,000 световых лет и имеет диаметр в половину светового года. Газы в туманности распрастраняются со скоростью 14 км в секунду. НА изображении видны две звезды. Более слабая из этих двух звезд ответствена за туманность и теперь меньше Солнца. Интенсивное ультрафиолетовое излучение от ее поверхности делает свечение газов. Более яркая звезда – находится на более ранней ступени звездного развития и кажется, несвязанной с туманностью. Цвета показывают температуру газов. Синий – самый горячий газ, красный самый холодный.
