Космическая туманность. Планетарные туманности в объективе «Хаббла»

Раньше туманностями в астрономии называли любые неподвижные протяжённые светящиеся астрономические объекты, включая звёздные скопления или галактики за пределами Млечного Пути, которые не удавалось разделить на звёзды.

Например, Галактику Андромеды часто называют «Туманностью Андромеды». Но сейчас туманностью называют участок межзвёздной среды, выделяющейся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба.

Изменение в терминологии произошло потому, что в 1920-е годы выяснилось: среди туманностей много галактик. По мере развития астрономии и разрешающей способности телескопов понятие «туманность» всё более уточнялось: часть «туманностей» была идентифицирована как звёздные скопления, были обнаружены тёмные (поглощающие) газопылевые туманности, а в 1920-х годах сначала Лундмарку, а затем и Хабблу, удалось рассмотреть звёзды в периферийных областях ряда галактик и тем самым установить их природу. После этого термин «туманность» стал пониматься более узко.
Состав туманностей: газ, пыль и плазма (частично или полностью ионизованный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов).

Признаки туманностей

Как уже было сказано выше, туманность поглощает или излучает (рассеивает) свет, поэтому она бывает темная или светлая .
Темные туманности - плотные (обычно молекулярные) облака межзвёздного газа и межзвёздной пыли. Они не прозрачны из-за межзвёздного поглощения света пылью. Обычно они видны на фоне светлых туманностей. Реже тёмные туманности видны прямо на фоне Млечного Пути. Таковы туманность Угольный Мешок и множество более мелких, называемых гигантскими глобулами. На картинке показана туманность Конская Голова (фото «Хаббл»). Часто внутри тёмных туманностей обнаруживаются отдельные уплотнения, в которых, как предполагают, формируются звёзды.

Отражательные туманности обычно с синим оттенком, поскольку рассеяние голубого цвета более эффективно, чем красного (именно этим объясняется голубой цвет неба). Это газово-пылевые облака, подсвечиваемыми звёздами. Иногда основным источником оптического излучения туманности оказывается свет звёзд, рассеиваемый межзвёздной пылью. Примером таких туманностей являются туманности вокруг ярких звёзд в скоплении Плеяды. Большинство отражательных туманностей расположено вблизи плоскости Млечного Пути.

Туманности, ионизованные излучением - участки межзвёздного газа, сильно ионизованного излучением звёзд или других источников ионизующего излучения. Туманности, ионизованные излучением, возникают также вокруг мощных рентгеновских источников в Млечном Пути и в других галактиках (в том числе в активных ядрах галактик и квазарах). Для них часто характерны более высокие температуры и более высокая степень ионизации тяжелых элементов.
Планетарные туманности – это астрономические объекты, состоящие из ионизированной газовой оболочки и центральной звезды, белого карлика. Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2,5-8 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Планетарная туманность - быстропротекающее (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. 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, а У. Гершель в 1784 г. при составлении своего каталога выделил их в отдельный класс туманностей и предложил для них термин «планетарная туманность».

Туманности, созданные ударными волнами . Обычно такие туманности недолговечны, так как исчезают после исчерпания кинетической энергии движущегося газа. Основными источниками сильных ударных волн в межзвёздной среде являются взрывы звёзд - сбросы оболочек при вспышках сверхновых и новых звёзд, а также звёздный ветер.
Остатки сверхновых и новых звёзд . Наиболее яркие туманности, созданные ударными волнами, вызваны взрывами сверхновых звёзд и называются остатками вспышек сверхновых звёзд. Наряду с описанными особенностями для них характерно нетепловое радиоизлучение. Туманности, связанные со взрывами новых звёзд, малы, слабы и недолговечны.

Туманности вокруг звёзд Вольфа-Райе . Радиоизлучение этих туманностей имеет тепловую природу. Звезды Вольфа-Райе характеризуются очень мощным звёздным ветром. Но время жизни таких туманностей ограничено продолжительностью пребывания звёзд в стадии звезды Вольфа-Райе и близко к 105 лет.

Туманности вокруг O-звёзд . Они схожи по свойствам туманностям вокруг звёзд Вольфа-Райе, но образуются вокруг наиболее ярких горячих звёзд спектрального класса О - Of, обладающих сильным звёздным ветром. От туманностей, связанных со звёздами Вольфа-Райе, они отличаются меньшей яркостью, бо́льшими размерами и, видимо, большей продолжительностью жизни.
Туманности в областях звездообразования. В межзвездной среде происходит звездообразование, при этом возникают ударные волны, которые разогревают газ до сотен и тысяч градусов. Такие ударные волны видны в виде вытянутых туманностей, светящихся преимущественно в инфракрасном диапазоне. Ряд таких туманностей обнаружен в очаге звездообразования, связанном с туманностью Ориона.

Галактика Андромеды, или Туманность Андромеды - это спиральная галактика, ближайшая к Млечному Пути большая галактика, расположенная в созвездии Андромеды. Она удалена от нас на расстояние 2,52 млн. световых лет. Плоскость галактики наклонена к нам под углом 15°, поэтому определить ее структуру очень сложно. Туманность Андромеды – самая яркая в северном полушарии неба. Она видна и невооруженным глазом, но всего лишь как слабое туманное пятнышко.
Туманность Андромеды похожа на нашу Галактику, но больше ее. В ней изучено несколько сотен переменных звезд, которые в основном являются цефеидами. Также в ней обнаружено 300 шаровых скоплений, более 200 новых звезд и одна сверхновая.
Туманность Андромеды интересна не только тем, что схожа с нашей Галактикой, но и тем, что имеет четыре спутника – карликовые эллиптические галактики.

Туманности в космосе представляют собой участки межзвездной среды, отличающиеся от общего фона своими излучениями или поглощением этого излучения. Но ранее, определение этого термина, было более широко, чем сегодня, и под это же определение подпадали и некоторые галактики. Явный тому пример – галактика М31, более известна как туманность Андромеды. Но на сегодняшний день, с развитием технологий наблюдения, все стало намного яснее.

В первую очередь нужно сказать, что все туманности состоят из плазмы, пыли и газа. Вот поэтому некоторые из них и называют – газопылевыми.

Классификация

Первое, на что обращают внимания, при классификации туманностей, так это поглощение (излучение) либо же рассеивание ими света. Именно по этому критерию, все туманности в космосе делят на:

Тёмные; поглощают излучение находящихся за ними источников светлые. имеют собственное излучение, или отражают (рассеивают) свет, испускаемый рядом находящимися звёздами

Источники энергии, для излучения светлых туманностей имеют разнообразную природу и, всецело, зависят от происхождения самых туманностей.

Следующее деление, это:

• газовые туманности;
• пылевые туманности.

Вообще-то, такое деление имеет условный характер, так как все они содержат и газ, и пыль. Обусловливается этот факт разными способами наблюдения, а также ихними механизмами излучения.

Наличие пыли ярко выражается при том, как тёмные туманности поглощают излучение находящихся за ними источников, а также при отражении, рассеивании или же при переизлучении света, идущего от находящихся в туманности или в непосредственной близости звёзд. Причиной такого явления служит сама пыль в туманностях.

Газовая компонента туманности, излучает в двух случаях. Первый, это при её ионизации ультрафиолетовым излучением от располагающейся в самой туманности, или за ней, горячей звезды или группы звезд (например, вокруг звёздных ассоциаций). При таком варианте туманность будет называться эмиссионная. Вторая – когда нагревается межзвёздная среда, от ударной волны, вследствие взрыва сверхновой или от мощного звёздного ветра от звёзд типа Вольфа-Райе, или О-звёзд

Тёмная туманность

Тёмные туманности в космосе – это плотные, зачастую молекулярные облака межзвёздного газа, и конечно межзвёздной пыли, поглощающие свет. В большинстве случаев наблюдаются на фоне светлых туманностей или на фоне Млечного пути. Самая знаменитая представительница этого вида, это туманность Конская голова, в созвездии Ориона.

Разобрать структуру таких туманностей возможно только при изучении молекулярных радиолиний и инфракрасного излучения пыли. Оптическое изучение невозможно, из-за сильного поглощения света. Эта величина обозначается как А V , которая достигает 100 m (m – звёздная величина, см. терминологию сайта). Иногда, внутри тёмных туманностей наблюдаются уплотнения, у которых А V =10000 m . По всей видимости, эти уплотнения являются областями звездообразования – колыбелью для будущих ночных светил.

Отражательная (светлая) туманность

Является газопылевым облаком, подсвечиваемым звёздами. Как упоминалось выше, светятся они за счет ионизации газа, от расположенной внутри туманности звезды. Но если такова звезда или же звёзды недостаточно горячи, чтобы ионизировать вокруг себя значительное количество газа, то источником излучения такой туманности выступает рассеивание света, идущего от этих же звёзд. Явным тому примером выступают туманности, окутывающие яркие звезды, в скоплении Плеяды (М45) в созвездии Тельца.

Отражательные туманности очень трудные для оптического наблюдения и изучения, из-за очень низкой яркости. Нередко проецируясь на фотографиях галактик, такая туманность вводит в заблуждения ученых, заставляя их думать, что та или иная галактика имеет «хвост» или перемычку.

Некоторые из отражательных туманностей имеют вид кометы, и называются кометарными. В самой яркой части такой туманности находиться переменная звезда типа Т Тельца. Вследствие чего и сама туманность, естественно будет иметь переменную яркость. Размеры таких объектов, как правило, очень малы.

Существует и ещё один, редкий вид отражательных туманностей – световое эхо. Рождаются они после вспышек новых звёзд (например, в 1901 году, после вспышки новой, в созвездии Персея), свет от которой подсвечивает, возможно, находящуюся там пыль. Световое эхо наблюдается на протяжении мизерного количества времени.

Эмиссионная туманность

Эмиссионные туманности в космосе являются облаками ионизированного газа, видимые при оптическом наблюдении. Причиной их свечения является излучение высокоэнергетических фотонов, идущих от ближайшей горячей звезды. Такие туманности разделяют на два вида:

• зоны Н II (области ионизированного водорода);
• планетарные туманности.

В первых практически всё вещество ионизировано и очень нагрето, порядка 10000К. Причиной такого нагрева является ультрафиолетовое излучение, от расположенной близко звезды.

Я считаю лишним дальше углубляться в структуру зон H II, т. к. используемая при дальнейшем описании терминология будет сложна для восприятия, и на один лист она не поместиться. Можно только добавить, что вокруг зон H II обычно расположены зоны ионизированного углерода (С II), также входящие в состав таких туманностей.

Зоны H II выступают активными областями звездозарождения. Примером служит туманность NGC604, находящаяся в галактике Треугольника (М33, NGC598).

Вторая разновидность эмиссионных туманностей, это расширяющиеся планетарные туманности. Представляют собой верхние истекающие слои атмосферы звёзд. Как правило, это сброшенная оболочка звезды гиганта. Примером служит туманность Кошачий глаз (NGC6543), в созвездии Дракона.

Туманности, созданные за счёт ударной волны

Этот вид туманностей объединяет в себя ещё такие подвиды как:

• остатки новых и сверхновых звёзд;
• туманности вокруг звёзд класса О;
• туманности вокруг звёзд типа Вольфа-Райе;
• туманности в областях звездозарождения.

В первую очередь объединяет их общий механизм происхождения. Рождаются они за счёт выброса вещества в пространство. Источником такого выброса выступает звезда (сброс оболочки, взрывы, звёздный ветер). Выброшенное вещество обладает начальной скоростью, порой доходящей до тысяч км/с. Из-за этого температура газа за ударной волной может достигать миллиардов градусов.

Газ, нагретый до таких температур, будет излучать в рентгеновском диапазоне, но в оптическом – светится слабо. При движении ударной волны, она будет встречаться со своеобразными уплотнениями в межзвёздной среде, проходя через которые, ударная волна будет тормозиться. Вследствие такого снижения скорости газ начнёт излучать в оптическом диапазоне, поэтому на снимках таких туманностей хорошо видна их структура, состоящая из ярких волокон.

Следующий фактор, объединяющий туманности от ударных волн – это недолговечность их существования. Как правило, они будут распадаться, когда исчерпается вся кинетическая энергия самой ударной волны.

Остатки новых и сверхновых звёзд

Такие туманности образуются после взрыва сверхновых и новых звёзд, и являются остатками этих же самых звёзд. В центре такой туманности обычно остается пульсар. Яркая представительница такой туманности – это Крабовидная туманность (М1), сформированная после взрыва сверхновой звезды в 1054 году, в созвездии Тельца.

Туманности вокруг звёзд класса О

Образуются такие туманности вокруг горячих и ярких звёзд, со спектральным классом О-Of, которые обладают сильным звёздным ветром. Они обладают большими размерами, меньшей яркостью, и скорее всего большей продолжительностью жизни, чем следующий вид туманности в космосе.

Туманности вокруг звёзд типа Вольфа-Райе

Звёзды типа Вольфа-Райе, как и О-звёзды обладают очень сильным звездным ветром, создающим ударную волну, приводящей впоследствии к рождению туманности. Вокруг этих звёзд туманности имеют поперечник в несколько парсек и продолжительность жизни около 10 5 лет.

Туманности в областях звездозарождения

Такие туманности, в космосе редки, и возникают вследствие ударной волны, образовавшейся внутри области рождения звёзд. Они приводят к сильному нагреву газа, светящемуся, сильнее всего в инфракрасном диапазоне. Несколько таких туманностей обнаружены в созвездии Ориона.

Туманность эмиссионных линий и эмиссионная туманность создают собственное свечение. Атомы водорода приходят в активность из-з мощного ультрафиолетового света звезд. Затем водород ионизируется (теряет электрон, излучающий фотон).

Звезды О-типа могут ионизировать газ в радиусе 350 световых лет. Туманность М17 обнаружил де Шезо в 1746 году, а в 1764 году ее заново открыл Шарль Мессье. Она находится в Стрельце и называется также туманностью Лебедя, Омега, Подкова и Лобстер. Невероятно яркая и ее розовое свечение можно заметить без использования техники в низких широтах (видимая величина – 6). Внутри находятся молодые звезды, создающие область HII. За красный цвет отвечает ионизированный водород.

Инфракрасный свет помогает находить огромное количество пыли, намекающее на активное звездообразование. Внутри находится скопление из 30 звезд, затененных туманностью, протирающейся в диметре на 40 световых лет. Общая масса в 800 раз превосходит солнечную.

М17 удалена на 5500 световых лет. Вместе с М16 расположена в одном спиральном рукаве Млечного Пути (Стрельца-Киля).

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.

В основу слова «туманность» легло латинское слово «облако». Действительно, она представляет собой космические облака, сотканные из пыли и газа, которые плавают в пространстве. Если есть больше одной, значит, речь идет о туманностях.
Это основной строительный блок во , в котором содержатся элементы, используемые для создания звезд и целых звездных систем. Кроме этого, их по праву считают красивейшими объектами, светящимися богатством цветовых оттенков и световыми завихрениями.

Знаете ли вы самую яркую среди туманностей?

Это туманность Ориона, располагается в одноименном созвездии. Она относится к самым ярким и известным.
Именно звезды, расположенные внутри такого газового облака, расцвечивают его прекрасными оттенками цвета – красного, синего, зеленого. Все зависит от комбинации самых разных элементов, находящихся внутри такой туманности. Подавляющее их большинство состоит из:
- водорода 90%;
- гелия 10%;
- на 0,1% приходятся такие тяжелые элементы, как азот, углерод, калий, магний, кальций, железо. Подобные облака с материей достаточно крупные. Собственно говоря, это крупнейшие галактические объекты. Большинство из них в поперечнике имеют десятки, а в ряде случаев и сотни световых лет.
Туманности разделили на 5 категорий, выступающих основными:
эмиссионные;
отражательные;
темные;
планетарные;
остатки сверхновых.
Первые две категории по своему внешнему виду очень нечеткие, не обладают какой-либо заметной формой, либо структурой. Их еще называют диффузными.

Основные типы туманностей

Эмиссионная туманность

Это газовое облако высокой температуры. Звезды дают подсветку атомов облака УФ-излучением. Так как они попадают затем на более низкий энергетический уровень, то происходит излучение, напоминающее процесс появления неонового света – туманность начинает светиться. Обилие водорода наполняет их красным цветом, дополнительные оттенки (синего и зеленого цветов) могут производить атомы других элементов. Хотя самым распространенным практически всегда остается водород. В качестве примера такой туманности следует привести туманность Ориона (M42).

Отражательная туманность

Её отличие от эмиссионной в следующем – от неё не исходит собственная радиация. Данное пыле-газовое облако способствует лишь отражению световой энергии соседних туманностей или группы из нескольких звезд. Чаще всего располагается в местах образования звезд. Наличие синеватого оттенка достигается рассеянным светом, ведь именно синий может рассеиваться максимально эффективно. Отличным примером служит М20 - трехраздельная туманность, расположенная в Стрельца.

Темная туманность

Облако пыли, блокирующее прохождение света от расположенных за ним объектов. Напоминает отражательную, согласно своего состава. Отличием служит расположение источника света. Обычно темную туманность наблюдают совместно с отражательными и эмиссионными.
Пожалуй, наиболее известным примером служит туманность Конская Голова, расположенная в созвездии Орион. Представляет собой темную пылевую область, имеющую форму лошадиной головы, блокирующей свет от гораздо большей по размерам эмиссионной, располагающейся за ней.

Планетарная туманность

Это оболочка из газа, который «рожден» звездой, приближающейся к завершению цикла своей жизни. Подобное название слегка вводит в заблуждение, ведь в действительности у них нет ничего общего с какими-либо планетами. Своим названием обязаны округлой форме, напоминающей очертания планет. Внешнюю газовую оболочку чаще всего освещают остатки звезд, сохранившиеся в центре.
Лучшим примером считается М57 туманность Кольцо в созвездии Лира.

Остаток сверхновой звезды

Создаются они после завершения жизни звезд в результате массивного взрыва, больше известном как сверхновая звезда, в результате которого большая часть звездного вещества уносится в космос. Облака материи начинают пылать вместе с остатками породившей их звезды.
Лучше всего демонстрирует подобный остаток сверхновых звезд М1 - Крабовидная туманность, находящаяся в созвездии Тельца.