Планетарная туманность   - Астрономический объект, состоящий из ионизированной газовой оболочки и центральной звезды, белого карлика.Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоев (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2.5-8 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Планетарная туманность   - Мимолетное (по астрономическим меркам) явление, длящееся всего несколько десятков тысяч лет, при продолжительности жизни звезды-предка в несколько миллиардов лет.В настоящее время в нашей галактике известно около 1500 планетарных туманностей.

Процесс образования планетарных туманностей, наряду с вспышками сверхновых, играет важную роль в химической эволюции галактик, выбрасывая в межзвездное пространство материал, обогащенный тяжелыми элементами - продуктами звездного нуклеосинтеза (в астрономии тяжелыми считаются все элементы, за исключением продуктов первичного нуклеосинтеза Большого взрыва - водорода и гелия , такие как углерод, азот, кислород и кальций).

В последние годы с помощью снимков, полученных космическим телескопом Хаббл, удалось выяснить, что многие планетарных туманностей имеют очень сложную и своеобразную структуру. Несмотря на то, что примерно пятая часть из них имеет колосферичну форму, большинство не владеет никакой сферической симметрией. Механизмы, благодаря которым возможно образование такого многообразия форм, до конца не выяснено. Считается, что большую роль в этом могут играть взаимодействие звездного ветра и двойных звезд, магнитного поля и межзвездной среды.

История исследований

Планетарные туманности в большинстве своем являются тусклыми объектами и, как правило, не видны невооруженным 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 занес ее в каталог под номером M27. В 1784   г.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 видимую схожесть с диском Урана.

Необычность природы планетарных туманностей оказалась в середине XIX века, с началом использования в наблюдениях метода спектроскопии. Уильям Гаггинс 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. Замечательный и их зеленовато-голубой цвет, чрезвычайно редкий для одиночных звезд. Кроме того, в этих туманностях нет признаков центрального сгущения. По этим признакам планетарные туманности резко выделяются как объекты, которым обладают свойствами, которые абсолютно отличаются от свойств Солнца и неподвижных звезд. По этой причине, а также благодаря их яркости, я выбрал эти туманности как наиболее подходящие для спектроскопического исследования »

При изучении Гаггинсом спектров туманностей NGC 6543 (Кошачий Глаз), M27 (Гантель), M57 (кольцевая туманность в Лире) и ряда других, оказалось, что их спектр чрезвычайно отличается от спектров звезд: все полученные к тому времени спектры звезд были спектрами поглощения ( непрерывный спектр с большим количеством темных линий), тогда как спектры планетарных туманностей оказались эмиссионными спектрами с небольшим количеством эмиссионных линий, что указывало на их природу, в корне отличается от природы звезд:

Несомненно, что туманности 37 H IV (NGC 3242), Struve 6 (NGC 6572), 73 H IV (NGC 6826), 1 H IV (NGC 7009), 57 M, 18 H. IV (NGC 7662) и 27 M не могут более считаться скоплениями звезд того же типа, к которым относятся неподвижные звезды и наше Солнце. <...> Эти объекты обладают особой и отличной от них структурой <...> мы, вероятно, должны считать эти объекты огромными массами газа или пара, светится.

Другой проблемой был химический состав планетарных туманностей: Гаггинс сравнением с эталонными спектрами сумел идентифициировать 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 небыло - 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.

В 20-х годах XX века было показано, что в очень разреженных газах атомы и ионы могут переходить в возбужденные метастабильные состояния, которые при более высокой плотности из-за столкновений частиц не могут достаточно долго существовать. В 1927   г.Боуэн идентифицировал линию небулия 500.7 нм как такую, которая возникает при переходе из метастабильного состояния в основное дважды ионизированного атома кислорода (OIII). Спектральные линии такого типа, наблюдаемые только при чрезвычайно низкой плотности, называют запрещенными линиями. Таким образом, спектроскопические наблюдения дали возможность оценить верхний предел плотности газа туманностей. Вместе с тем, спектры планетарных туманностей, полученных на щелевых спектрометрах, показали «сломана» и расщепление линий вследствие доплеровских сдвигов излучающих областей туманности, движущихся с различными скоростями, что позволило оценить скорости расширения планетарных туманностей в 20-40 км / с.

Несмотря на довольно подробное понимание строения, состава и механизма излучения планетарных туманностей, вопрос об их происхождении оставался открытым до середины 50-х годов XX века, пока И. С. Шкловский не обратил внимание, что если проекстраполировать параметры планетарных туманностей к моменту начала их расширения , то набор параметров, получившийся совпадает со свойствами атмосфер красных гигантов, а свойства их ядер - со свойствами горячих белых карликов,.В настоящее время эта теория происхождения планетарных туманностей подтверждена многочисленными наблюдениями и расчетами.

К концу XX века совершенствование технологий позволило детально изучить планетарные туманности. Космические телескопы позволили исследовать их спектры за пределами видимого диапазона, что невозможно было сделать раньше, проводя наблюдения с поверхности Земли. Наблюдения в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн дали новую, гораздо более точную оценку температуры, плотности и химического состава планетарных туманностей. Применение технологии ПЗС-матриц позволило проводить анализ существенно менее четких спектральных линий. Использование космического телескопа Хаббл раскрыло чрезвычайно сложную структуру планетарных туманностей, ранее считавшихся простыми и однородными.

Принято считать, что планетарные туманности имеют спектральный класс P, хотя такое обозначение редко применяется на практике.

Происхождения

Планетарные туманности являются завершающим этапом эволюции для многих звезд. Наше Солнце является звездой средней величины, и лишь небольшое количество звезд превосходят его по массе. Звезды с массой в несколько раз больше солнечной на заключительном этапе существования превращаются в сверхновых. Звезды средней и малой массы в конце эволюционного пути создают планетарные туманности.

Типичная звезда с массой в несколько раз меньше солнечной светит на протяжении большей части своей жизни благодаря реакциям термоядерного синтеза гелия из водорода в ее ядре (часто вместо термина «термоядерный синтез» употребляется термин «горение», в данном случае - горение водорода).Энергия, высвобождается в этих реакциях, удерживает звезду от коллапса под силой собственного притяжения, делая ее тем самым стабильной.

После нескольких миллиардов лет запас водорода иссякает, и энергии становится недостаточно для удержания внешних слоев звезды. Ядро начинает сжиматься и нагреваться. В настоящее время температура ядра Солнца составляет примерно 15 млн K, но после того, как запас водорода будет исчерпан, сжатие ядра заставит температуру подняться до отметки в 100 000 000 К. При этом внешние слои охлаждаются и значительно увеличиваются в размерах за очень высокой температуры ядра.Звезда превращается в красный гигант. Ядро на этом этапе продолжает сжиматься и нагреваться; при достижении температуры в 100 000 000 K, начинается процесс синтеза углерода и кислорода из гелия.

Восстановление термоядерных реакций позволяет прекратиться дальнейшему сжатию ядра. Выгорая гелий вскоре создает инертное ядро, состоящее из углерода и кислорода, окруженное оболочкой из гелия, который горит. Термоядерные реакции с участием гелия очень чувствительны к температуре. Скорость протекания реакции пропорциональна T 40, то есть увеличение температуры всего на 2% приведет 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 гелия, который горит, начинают быстро расширяться, температура понижается, реакция замедляется. Все это может быть причиной мощных пульсаций, иногда достаточно сильных, чтобы выбросить значительную часть атмосферы звезды в космическое пространство.

Выброшенный газ формирует оболочку, которая расширяется, вокруг обнажившихся ядра звезды. По мере того как все большая часть атмосферы отделяется от звезды, проявляются все более и более глубокие слои с высшими температурами. Достигнув обнаженной поверхностью (фотосферой звезды) температуры в 30 000 K энергия ультрафиолетовых фотонов выпускаемых становится достаточной для ионизации атомов в выброшенной 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, поскольку звезда теперь не обладает достаточной массой для поддержания температуры, необходимой для синтеза углерода и кислорода. Наконец, звезда остынет настолько, что перестанет излучать достаточно ультрафиолета для ионизации газовой оболочки, удалилась. 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. Ранний Вселенная состояла в основном из водорода и гелия, но со временем в результате термоядерного синтеза в звездах образовались более тяжелые элементы. Таким образом, вещество планетарных туманностей имеет высокое содержание углерода, азота и кислорода, а по мере расширения и проникновения в межзвездное пространство оно обогащает его этими тяжелыми элементами, в общем называемыми астрономами металлами.

Последующие поколения звезд, формирующиеся из межзвездного вещества, содержать большую начальную количество тяжелых элементов; хотя их присутствие в составе звезд остается незначительной, они ощутимо влияют на их эволюцию. Звезды, сформировавшиеся вскоре после образования Вселенной, содержат относительно малые количества металлов   - Их относят к звездам II типа.Звезды, обогащенные тяжелыми элементами, принадлежат к звездам I типа.

Физические характеристики

Типичная планетарная туманность имеет среднюю протяженность в один световой год и состоит из сильно разреженного газа плотностью около 1000 частиц на см ³, что значительно меньше по сравнению, 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 достигает 10 июня частиц на см ³.По мере старения туманностей их расширение приводит к уменьшению плотности.

Излучения центральной звезды нагревает газы до температур порядка 10 000 K. 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 поглощен. Поэтому во внутренних областях туманности поглощаются малоенергетични фотоны, а те что остались обладают высокой энергией и поглощаются во внешних областях, вызывая рост их температуры.

Туманности можно разделить на бедных материей и бедных излучением. Согласно этой терминологии, в первом случае туманность не обладает достаточным количеством материи для поглощения всех ультрафиолетовых фотонов, излучаемых звездой. Поэтому видимая туманность полностью Ионизированная. Во втором же случае центральная звезда выпускает недостаточно ультрафиолетовых фотонов, чтобы ионизировать весь окружающий газ, и ионизационный фронт переходит в нейтральное межзвездное пространство.

Поскольку большая часть газа планетарной туманности Ионизированная (то есть является плазмой), значительный эффект на ее структуру оказывает действие магнитных полей, вызывая такие феномены, как волокнистость и нестабильность плазмы.

Количество и распределение

На сегодняшний день в нашей галактике, состоящей из 200 000 000 000 звезд, известно 1500 планетарных туманностей. Их короткая по сравнению со звездной продолжительность жизни является причиной их малого числа. В основном, все они лежат в плоскости Млечного Пути, причем преимущественно сосредоточившись вблизи центра галактики, и практически не наблюдаются в звездных скоплениях.

Использование ПЗС-матриц вместо фотопленки 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 множества очень сложных форм. Примерно 10   % Планетарных туманностей практически биполярные, 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 звезд в двойных системах. По другой версии, имеющиеся планеты нарушают равномерное растекание материи при образовании туманности. В январе 2005 года американские астрономы объявили о первом выявления магнитных полей вокруг центральных звезд 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 предусмотрена Григором Гурзадяном еще в 1960-е годы (см. например Гурзадян Р. А., 1993 и ссылки там). Есть также предположение, что биполярная форма может быть обусловлена взаимодействием ударных волн от распространения фронта детонации в слое гелия на поверхности белого карлика, который формируется (например, в туманностях Кошачий Глаз, Песочный Часы, Муравей.

Текущие вопросы в изучении планетарных туманностей

Одна из проблем в изучении планетарных туманностей - это точное определение расстояния до них.Для некоторых близлежащих планетарных туманностей возможно вычислить удаленность от нас, используя измеренный параллакс расширения: снимки с высоким разрешением, полученные несколько лет назад, демонстрируют расширение туманности перпендикулярно к лучу зрения, а спектроскопический анализ доплеровского сдвига даст возможность вычислить скорость расширения вдоль луча зрение. 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, удаляется от звезды с различными скоростями. Некоторые астрономы считают, что двойные звездные системы ответственные хотя бы по наиболее сложные контуры планетарных туманностей. Недавние исследования подтвердили наличие у нескольких планетарных туманностей мощных магнитных полей, предположения о чем уже неоднократно выдвигались. Магнитные взаимодействия с ионизированным газом также могут играть некоторую роль в становлении формы некоторых из них.

На данный момент существуют две различные 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 считают, что различия в наблюдениях очень разительны, чтобы объяснить их с помощью температурных эффектов. Они выдвигают предположения о существовании холодных сгустков, содержащих очень малое количество водорода. Однако сгустки, наличие которых, по их мнению, способна объяснить разницу в оценке количества металлов, ни разу не наблюдались.

Комментарии:
Laslub (2019-05-19 02:40)
The human anus (from Latin anus meaning "ring", "circle") is the external opening of the rectum. Two sphincters control the exit of feces from the body during an act of defecation , which is the primary function of the anus. Hip liposuction before and after
Jameshex (2020-04-28 00:43)
Создание сайта будь то сайт – визитка, корпоративный сайт, seo продвижение, интернет магазин или мощный портал проходит в несколько этапов. Продвижение сайтов, что такое РўРћРџ 10 Яндекс Рё Google
Jamaalnup (2020-07-18 12:21)
С помощью данных парсеров, вы сможете собрать базы с контактами ваших потенциальных клиентов и парсеров. На нашем сайте вы можете скачать бесплатно Демо версию парсеров. 2гис база городов. Использую эти парсеры, базы можно формировать как для смс и email рассылок, так и телефонного маркетинга, бесплатная база 2гис в excel. Что сократит время сбора таких баз руками, так как полностью весь процесс автоматизирован! база 2гис в excel скачать бесплатно
JamesDib (2021-01-10 23:13)
100% high-quality work. Only the best software at your service! You can download all the needed software easily for your PC. Software without problems, viruses, and hidden payments. All software is FREE only today! ActivCard drivers Philips drivers


Имя (обязательно)
E-mail (обязятельно)
Сайт

Комментарии(4) Подробнее