Планетарная туманность

Планетарная туманность Туманности

Планетарная туманность – астрономическая единица, выступающая в качестве оболочки газа. Формирование её происходит у центрального светила, относящегося к категории белых карликов. Образуется в ходе сброса наружных «ярусов» гигантского космического тела, имеющего массу 0,8-8 Солнц (происходит это, как правило, на конечной стадии его развития).

Рассматривая вопрос, с точки зрения астрономии, можно сделать вывод о том, что планетарные туманности представляют собой эфемерные элементы. Срок их существования едва достигает пары десятков тысячелетий, при условии, что средняя длительность жизни «предка» насчитывает миллиарды лет. Особенность этих объектов состоит в отсутствии отношения к планетам. Такое название они имеют оттого, что при наблюдении через телескоп похожи на планету.

Общее описание

Форма у львиной доли тела является округлой, а край имеет чёткую выраженность. Телескоп «Хаббл» позволил провести исследования, в ходе которых эксперты смогли обнаружить чрезмерно сложный структурный состав. Формой, подобной сфере, обладает лишь 20% объектов. В остальных случаях она может быть любой. Такое разнообразие пока нельзя объяснить, с научной точки зрения. Но некоторые исследователи полагают, что причиной существования звёзд двойного типа, звёздный ветер и магнитное поле.

В любом случае процесс образования рассматриваемых феноменов (планетарных туманностей) является важным в химической эволюции галактических систем. Ведь в межзвёздное пространство происходит выброс материала, в составе которого присутствуют тяжёлые элементы – продукты нуклеосинтеза.

Строение симметричной планетарной туманности. Быстрый звёздный ветер (голубые стрелки) горячего белого карлика — ядра звезды (в центре), сталкиваясь со сброшенной оболочкой — медленным звёздным ветром красного гиганта (красные стрелки), создаёт плотную оболочку (голубого цвета), светящуюся под воздействием ультрафиолетового излучения ядра.
Строение симметричной планетарной туманности. Быстрый звёздный ветер (голубые стрелки) горячего белого карлика — ядра звезды (в центре), сталкиваясь со сброшенной оболочкой — медленным звёздным ветром красного гиганта (красные стрелки), создаёт плотную оболочку (голубого цвета), светящуюся под воздействием ультрафиолетового излучения ядра.

Основные характеристики

Традиционно протяжённость, которую имеет планетарная туманность, является средней. Как правило, она приравнивается к одному световому году. В составе её преобладает разреженный газ, плотность его равна 1000 частиц на кубический сантиметр в среднем. Это мало, если сравнивать с показателем плотности земной атмосферы, но много, если проводить сравнение с межпланетным пространством. Максимальное значение наблюдается у только что сформировавшихся тел — 10^6 частиц или ещё больше. С «возрастом» плотность снижается по причине расширения.

Классификация

Условно все планетарные туманности могут быть разделены на две группы.

  1. Те, которые не имеют достаточного количества материи, чтобы поглощать УФ фотоны. Это значит, что видимая часть абсолютно ионизирована.
  2. Кто испускают мало УФ фотонов для ионизации всего объёма окружающего газа.

Учёных интересует действие магнитных полей планетарных туманностей, которые влияют на структуру и формирование волокнистости.

Историческая справка по исследованиям

Большинство изучаемых тел являются тусклыми, и обнаружить их без специальных приспособлений нереально. Первая планетарная туманность, которую удалось открыть – Гантель (группа звёзд – Лисички). Её нашёл Шарль Мессье, который искал кометы. Произошло это в 1764 году. В каталоге объект присутствует как M27.

Двадцатью годами позже Уильямом Гершелем был открыт целый класс туманностей – 4. По характеристикам они практически ничем не отличаются от диска планеты, но свойства, как можно догадаться, иные.

Первым специалистом в сфере астрономии, которому удалось получить спектры, стал Уильям Хаггинс. Когда он наблюдал за ними (а именно: за NGC 6543, M27, M57 и другими), смог выяснить, что спектр имеет отличия от спектров звёзд: всё, что было получено к тому моменту, относилось к спектрам поглощения. Что касается планетарных туманностей, их спектры были эмиссионными и содержали незначительное количество линий. Это означало, что по природе своей они отличаются от звёзд.

Особого внимания также заслуживал вопрос, связанный с химическими особенностями рассматриваемых объектов. Хаггинсу удалось добиться максимальной идентификации линий азота и водорода. К сожалению, в спектрах известных на тот момент времени веществ она не наблюдалась. Поэтому учёный предположил, что она соответствует неизвестному веществу. Его назвали небулием по тому же принципу, что и в случае с гелием в 1868 г. (когда проводился спектральный анализ Солнца).

В итоге версии и гипотезы, связанные с его открытием, так и не нашли подтверждения в официальном плане. Однако в самом начале 20 столетия ещё один учёный – Генри Расселл – создал новые теории. В то же время удалось отметить, что атомы и ионы способны переходить в состояние чрезмерного возбуждения, оно, в свою очередь, в случае высоких плотностей существуют недолго.

В 1927 г. эксперт с фамилией Боуэн снова идентифицировал эту линию. Он сообщил, что она способна возникать в процессе перехода атома кислорода из одного состояния в другое – из метастабильного в основное. Несмотря на то, что многие ответы до сих пор не были найдены, спектроскопические исследования позволили дать оценку верхней границы плотности газа. Невзирая на то, что специалистам удалось получить полноценную информацию о таких важных вопросах, как строение, структурный состав, механизм, проблемы происхождения, продолжали оставаться не решёнными.

И продолжалось всё это до середины предыдущего века. Впоследствии учёный Шкловский заметил совпадение комплекса параметров с характеристиками атмосфер, которые имеют красные гиганты. Что касается их ядер, они имели немало общество с характеристиками белых карликовых объектов. На сегодняшний день эта теория применяется до сих пор, т. к. получила подтверждение вследствие различных наблюдений и подсчётов.

К концу 20 столетия технологии в сфере астрономии стали более совершёнными. Это означает, что у учёных появилась возможность более детального изучения планетарных туманностей. Для этих целей использовались агрегаты, с помощью которых удалось изучить спектры за пределами видимой части и сделать это непосредственно с Земли. Более точные результаты были получены в УФ и ИК диапазоне. Поэтому эксперты смогли максимально детально проанализировать такие данные, как температурный режим, плотность, химический состав.

Особенности и версии происхождения

Ранее уже не раз отмечалось, что планетарная туманность есть не что иное, как окончательная «стадия» эволюционного процесса звёзд. Что касается нашего Солнца, оно имеет малые размеры, а по массе его превосходят немногие объекты. Такие тела, в свою очередь, по окончании своего цикла становятся сверхновыми. Что касается объектов, имеющих меньшую массу, они формируют планетарные туманности.

Типичный светящийся объект малого веса светит почти в течение всей своей жизни. Основной причинный фактор, который провоцирует возникновение данного явления, заключается в протекании реакций, связанных с синтезом. Синтезируется в данном случае гелий и водород, всё это наблюдается в ядре. В ходе протекания реакций наблюдается высвобождение энергетического потока, который способствует удержанию светила от коллапса и созданию у него стабильности.

Когда проходит внушительный отрезок времени (в рассматриваемом случае это несколько миллиардов лет), запасы иссякают, энергия «улетучивается». По этой причине внешние слои не могут сдерживаться, и ядро постепенно сжимается, а затем нагревается. На сегодняшний день температура — около 15 млн. К, но по понятным причинам она поднимется до 100 млн. К.

При этом извне будет происходить охлаждение и едва заметное увеличение в размерах. Светило превратится в красный гигант, и процессы, протекающие в его ядре, будут продолжаться. Когда температурная отметка достигнет 100 млн. К, начнётся синтез.

Процесс сжатия ядра столкнётся с многочисленными препятствиями, если произойдёт возобновление термоядерных реакций. В итоге выгорающий гелий сформирует ядро с оболочкой, и светило утратит собственную стабильность. Из-за незначительного прироста температуры произойдёт моментальный рост скорости реакций. Что в итоге? Конечно же, ускорится процесс выделения энергии, повысится температурный режим. А когда верхние слои гелия, который горит, расширятся, и температура снизится, реакция станет более медленной. Вследствие этих явлений могут возникнуть сильные пульсации.

Но также стоит отметить, что газ, который был выброшен, создаёт оболочку вокруг ядерной зоны. По мере отделения от объекта появляется значительное количество глубоких слоёв с высокими температурными показателями. Когда они становятся равны 30 000 К, энергии становится достаточно для ионизации атомных частиц, что вынуждает тело быть святящимся. В результате из облака формируется планетарная туманность.

Длительность жизни

Планетарная туманность содержит вещество, которое способно разлетаться. Скорость данного явления равняется несколько десятков км/с. По мере его истечения ядерная часть подвергается остыванию, при этом она продолжает излучать остатки энергии. Вследствие данного процесса наблюдается прекращение термоядерных реакций, поскольку звезда не имеет достаточной массы для поддержания оптимального температурного режима.

Синтез углерода и кислорода в таких условиях не происходит. В итоге светило остывает настолько сильно, что утрачивает возможность излучения УФ для ионизации оболочки газа, которая отдалилась. Что в итоге? Светило превращается в белого карлика. А само облако начинает превращаться, в свою очередь, в невидимый объект.

Роль в эволюции галактических систем

Любая планетарная туманность имеет решающее значение в эволюционном процессе галактик. Дело в том, что изначально Вселенная имела в составе только водород и гелий. Именно из этих веществ происходило формирование объектов, относящихся ко второму типу. Однако с течением времени стали появляться более тяжёлые элементы (углерод, кислород, азот). По мере того как происходило расширение и проникновение в пространство между звёздами, они стали обогащаться металлами. Поэтому последующие поколения будут иметь максимальное количество тяжёлых элементов.

Структурный состав

Планетарная туманность в большинстве случаев является симметричной и располагает почти сферической формой. Тем не менее, она может иметь и многие другие конфигурации. Порядка 10% всех подобных объектов биполярны. И только малая их часть асимметрична. Есть версия, что происходит всё это из-за гравитационного взаимовлияния светил в рамках двойных систем. Есть другая теория, планеты нарушают процесс равномерного растекания материи при появлении планетарной туманности.

Вопросы, требующие ответов

Планетарная туманность изучена достаточно хорошо, однако у представителей учёного мира до сих пор имеются вопросы. Например, точное расстояние до объектов. До некоторых из них расчёт удалённости не вызовет трудностей, поскольку можно использовать параллакс расширения. Но их количество велико, поэтому выявить дистанцию до всех известных субъектов не получится.

Ещё одна задача, возникающая в процессе изучения планетарной туманности, заключается в методах поиска металлов. На сегодня их количество равно двум, но, несмотря на их относительную эффективность, учёные до сих пор не могут получить ответы на определённые вопросы. В связи с этим планетарная туманность требует более детального изучения.

Какой вывод можно сделать?

Рассматриваемый объект получил своё название потому, при наблюдении похож на планеты, хотя в некоторых случаях это не так. Свойства и структурные особенности при этом никакой роли не играют, поскольку для рассматриваемых космических объектов они являются различными. Несмотря на относительную изученность планетарной туманности, она нуждается в проведении более глубокого анализа и требует выявления основных закономерностей и принципов. Сегодня учёные активно занимаются решением данного вопроса. Возможно, это позволит ещё более глубокому освоению космического пространства и поиску новых тел и объектов в нём.

Оцените статью
Добавить комментарий