Платим блогерам
Блоги
amv212
Туманности - разноцветные облака космической пыли - это одновременно колыбель и усыпальница звезд

Туманности - это огромные облака пыли и газов в космическом пространстве, которые служат питательной средой для рождения новых звезд. Некоторые туманности образуются в результате гибели звезды. После завершения жизненного цикла некоторые звезды взрываются в виде сверхновых, выбрасывая в космос огромные облака пыли и газов. Другие туманности образуются, когда межзвездная материя, включая газы и частицы космической пыли, собираются вместе и под действием гравитации образуют скопления, создавая области повышенной плотности.

Гигантская эмиссионная туманность NGC 2014 (справа) и ее маленькая соседка NGC 2020 (слева). NASA, ESA и STScI

 

реклама

В результате турбулентности в глубинах космических облаков образуются области высокой плотности, называемые "узлами". Когда узлы обладают достаточной массой, газ и пыль могут разрушиться под действием гравитационного притяжения. Когда узел распадается, гравитационное давление заставляет материал в центре нагреваться, создавая протозвезду. Когда ядро протозвезды становится достаточно горячим, чтобы в нем начался термоядерный синтез, рождается звезда.  

Однако не весь материал в коллапсирующем облаке становится частью звезды. Оставшаяся пыль может превратиться в планеты или более мелкие объекты, такие как астероиды. Согласно данным сайта Hubblesite, трехмерные компьютерные модели звездообразования показывают, что разрушающиеся газ и пыль обычно распадаются на два или более отдельных сгустка. Исследователи предполагают, что именно поэтому большинство звезд в Млечном Пути расположены парами или группами.

Одна из самых ярких туманностей - туманность Ориона, расположенная от нас на расстоянии около 1 345 световых лет. Это также ближайшая к Земле область звездообразования.

Однако Орион - не самая близкая туманность; считается, что ближе всего к Земле находится туманность Спираль (или Улитка), замеченная Карлом Людвигом Хардингом в начале 1800-х годов. Она находится на расстоянии около 655 световых лет, но состоит из остатков погибшей звезды и не может рождать новые объекты.

Изображение Крабовидной туманности, сделанное телескопом Хаббл. Источник: NASA, ESA, J. Hester и A. Loll/Wikimedia Commons

Как образуется туманность?

И несмотря на то, что космос на первый взгляд кажется пустым, в действительности он содержит изрядное количество частиц газа и пыли, которые называются межзвездной средой ( МЗС). Большая часть этой среды состоит из газа, примерно 75% водорода и около 25% гелия. Межзвездная среда включает в себя как нейтральные атомы и молекулы, так и заряженные частицы, такие как ионы и электроны. Обычно эти частицы сильно разбросаны, их средняя плотность составляет около 1 атома на кубический сантиметр. (Для сравнения, на уровне моря земная атмосфера содержит около 25 x 1018 молекул на кубический сантиметр).

Хотя это очень низкая плотность, общее количество вещества может достигать значительных размеров на огромных межзвездных пространствах. Со временем гравитационное притяжение может привести к тому, что эта материя начнет объединяться в более крупные сгустки. В областях с высокой плотностью давление гравитации может привести к тому, что газообразный материал нагреется настолько, что в нем начнется термоядерный синтез. Когда это произойдет, начнется процесс формирования новых звезд.

Однако гравитационное притяжение - не единственный способ образования туманностей. Когда достаточно большая умирающая звезда взрывается в сверхновую ( это астрономическое событие, означающее окончание жизненного цикла звезды), выброшенный при взрыве материал вместе с другим межзвездным веществом, поднятым ударной волной, может образовать тип туманности, называемый остатком сверхновой. Такие туманности не всегда видны, но из-за взаимодействия с окружающей межзвездной средой они могут излучать мощные рентгеновские и радиоволны. Остаточные туманности в конечном итоге рассеиваются в межзвездной среде, обычно через несколько сотен тысяч лет.   

 Большая туманность Ориона — эмиссионная и отражательная туманность, а также область звездообразования в созвездии Ориона. Источник: NASA, ESA, J. Hester и A. Loll/Wikimedia Commons

 

Другой вид туманностей, которые образуются после гибели маломассивной звезды (с массой от одной до восьми солнечных масс), называютсяи туманностями.

Слово "планетарные" немного вводит в заблуждение, поскольку эти туманности не имеют ничего общего с планетами. Скорее, такое название им дал астроном XIX века Уильям Гершель, потому что при наблюдении в телескоп новые объекты напоминали газовых гигантов.

В конце своего жизненного цикла звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку. Вещество из внешнего слоя распределяется вокруг умирающей звезды и приводит к образованию планетарной туманности. Излучение, испускаемое расширяющимся ядром звезды, ионизирует обломки и газы, образовавшиеся в результате взрыва. В это время, когда в ядре еще сохраняется тепловая энергия, звезда называется белым карликом. Когда ядро планетарной туманности остывает, она становится черным карликом.

Планетарные туманности, возникающие в результате гибели карликовых звезд (например, туманность Медузы), и туманности остатков сверхновых (например, Крабовидная туманность) не могут дать начало новым звездам, но межзвездные молекулярные облака, такие как туманность Лебедя или туманность Ориона, являются своеобразными звездными яслями. Большинство туманностей огромны, их размер достигает нескольких световых лет, но они имеют очень низкую плотность, например, вес Земли, составляет 5,972 x1024 кг, в то время как туманность размером с Землю весила бы всего пару килограмм.

NGC 6543 - Планетарная туманность Кошачий Глаз. Источник: NASA, ESA, J. Hester и A. Loll/Wikimedia Commons

Типы туманностей

Помимо остатков сверхновых и планетарных туманностей, существует еще три типа туманностей. Большинство из них относятся к категории диффузных туманностей, что означает, что у них нет четко очерченных границ. Диффузные туманности подразделяются на две категории, исходя из их поведения с видимым светом - "эмиссионные туманности" и "отражательные туманности". Помимо них, существуют еще и темные туманности.

Эмиссионные туманности

Эмиссионные туманности состоят из облаков ионизированного газа, излучающего свет в оптическом диапазоне. Они имеют очень разную плотность, а их масса обычно составляет от 100 до 10 000 солнечных масс.

Они могут возникать, когда облако межзвездного газа с высокой долей нейтральных атомов водорода ионизируется горячими звездами О-типа ( сине-белые звезды с температурой поверхности обычно около 25 000-50 000 К). Они испускают большое количество высокоэнергетических фотонов. Эти фотоны разбивают нейтральные атомы водорода на ядра водорода и электроны, которые вновь рекомбинируют, образуя нейтральный водород в возбужденном состоянии. Когда нейтральные атомы водорода возвращаются в состояние с более низкой энергией, они испускают фотоны с длиной волны в красной части спектра, придавая эмиссионным туманностям характерный красный цвет.

Эмиссионные туманности часто называют областями HII, поскольку они состоят в основном из ионизированного водорода (астрономы используют термин HII для обозначения ионизированного водорода, а HI - для нейтрального водорода).

Отражательные туманности

Отражательная туманность "Голова Ведьмы" . Источники: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team/Wikimedia Commons

 

Такие туманности образуются, когда свет от звезды рассеивается или отражается от соседнего пылевого облака. Самые яркие отражательные туманности освещаются звездами B-типа. Они очень светлые, но их температура обычно ниже 25 000 Кельвинов, что несколько холоднее, чем у звезд О-типа, создающих эмиссионные туманности.

Поскольку размер частиц пыли в облаке схож с длиной волны синего света, то именно он рассеивается в сильнее всего. В результате эти туманности часто имеют голубоватый оттенок.

Темные туманности

Темные туманности содержат очень высокую концентрацию космической пыли, поэтому они поглощают видимый свет и выглядят в пространстве как темное пятно. Они наиболее заметны, когда расположены напротив более яркой области, например, эмиссионной туманности или в регионе с большим количеством звезд. Известные примеры - туманность "Угольный мешок", видимая в южном полушарии, и туманность "Конская голова".

Туманность Конская Голова — тёмная туманность в созвездии Ориона.  Источники: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team/Wikimedia Commons

 

Темные туманности очень холодные, их средняя температура составляет от 10 до 100 градусов Кельвина. Такие низкие температуры способствуют образованию водорода, поэтому они обычно являются областями активного звездообразования.

Гигантские молекулярные облака – это самые большие туманности, они содержат более миллиона солнечных масс вещества и имеют размеры более 650 световых лет. Самые маленькие  туманностей, (глобулы Бока), имеют размеры менее 3 световых лет, и иметь массу не более 2 000 солнечных масс. 

Молекулярное облако Тельца — молекулярное облако в созвездиях Тельца и Возничего. Облако содержит область звездообразования, в которой находятся сотни недавно образовавшихся звёзд. Источники: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team/Wikimedia Commons

Интересные факты о туманностях

Вот несколько занимательных фактов о космических пылевых облаках:

В 1786 году астроном Фредерик Уильям Гершель обнаружил сложную по структуре туманность Кошачий глаз (NGC 6543). Это пылевое облако включает в себя окружающее гало диаметром три световых года и многочисленные структуры, похожие на узлы, пузыри, концентрические кольца, и петли. Это была первая планетарная туманность, замеченная учеными, и до сих пор астрономы не смогли полностью понять ее структуру.

До 20-го века понятие " галактики" как отдельного термина не существовало. Астрономы считали туманности и галактики чем-то одинаковым, поэтому первую обнаруженную галактику - Андромеду - раньше называли туманностью Андромеды. Однако галактика и туманность - это абсолютно разные вещи. Ключевое различие между ними заключается в том, что туманность возникает из межзвездной среды, она состоит в основном из гелия и водорода, и обычно размеры туманностей колеблются от нескольких до сотни световых лет. В то время как галактика гораздо больше - от сотен до тысяч световых лет - и состоит из пыли, звезд, туманностей и солнечных систем.

«Столпы Творения» — скопления («слоновьи хоботы») межзвёздного газа и пыли в туманности Орёл, примерно в 7000 световых лет от Земли. Источники: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team/Wikimedia Commons

 

Самая большая туманность под названием "Тарантул" имеет размер 1 800 световых лет в самом широком месте и находится на расстоянии около 170 000 световых лет от нашей планеты. Это эмиссионная туманность, расположена в Большом Магеллановом облаке. Считается, что в Тарантуле находится до 800 000 звезд, и в настоящее время он считается самым активным звездным питомником из всех известных.  

Самые горячие звезды в нашей галактике могут иметь температуру около 250 000 °C, и находятся они в туманности Бабочка (NGC 6302) - пылевом облаке, раскинувшемся в виде крыльев бабочки и расположенном на расстоянии около 4 000 световых лет от Земли в созвездии Скорпиона.

В 1995 году космический телескоп "Hubble" зафиксировал изображение, получившее название "Столпы творения". На снимке видны возвышающиеся спирали космической пыли и газа в центре туманности Орла (NGC 6611).  "Столбы" - это облака пыли и газа в области туманности, где идут активные процессы звездообразования, а новорожденные звезды скрыты за их нечеткими спиралями. В более позднем исследовании NASA утверждалось, что сверхновая звезда внутри туманности уничтожила столбы, однако новые доказательства говорят о том, что столбы все еще существуют и, вероятно, сохранятся в течение следующих нескольких сотен тысяч лет, прежде чем медленно растворятся.  

Многие могут подумать, что туманности - это просто разноцветные пылевые облака, которые астрономы наблюдают в телескопы (очень яркие туманности, такие как туманность Ориона, можно наблюдать даже невооруженным глазом), но всё намного сложнее. Благодаря туманностям не только рождаются звезды и солнечные системы, но и происходит непрерывная эволюция всей нашей Вселенной.

4
Показать комментарии (4)

Популярные новости

Сейчас обсуждают