На самом деле, облачные регионы значительно отличаются по своему формированию и структуре. Поэтому важно знать, какие бывают туманности.
Происхождение туманностей
Таинственные объекты, появляющиеся из глубин космоса, давно привлекают интерес наблюдателей за небом. Даже древнегреческий ученый Гиппарх в своем каталоге отметил присутствие в ночном небе нескольких туманноподобных объектов. Его коллега Птолемей добавил к этому списку еще пять туманностей. В 17 веке Галилей изобрел телескоп и использовал его для наблюдения за туманностями Ориона и Андромеды. С тех пор телескопы и другие инструменты совершенствовались, и во Вселенной были сделаны новые открытия. А туманности были переведены в отдельную категорию звездных объектов.
Туманность — это область межзвездной среды, которая выделяется на общем фоне неба, испуская или поглощая излучение. Они состоят из пыли, газа и плазмы.
Когда физическая природа звезд и туманностей еще не была известна, предполагалось, что туманности, облака газа и пыли, являются остатками материи, из которой когда-то образовались звезды. С другой стороны, туманности, которые мы наблюдаем сегодня, сами являются продуктом звездной активности и результатом больших катастроф.
Основным принципом, по которому характеризуются туманности, является поглощение или рассеяние (эмиссия) света, который они излучают. В соответствии с этим критерием туманности делятся на светлые и темные туманности. Излучение света зависит от его происхождения. А источники энергии, стимулирующие его выброс, зависят от его природы. Очень часто туманность может иметь не один, а два излучающих механизма. Темные можно увидеть только благодаря поглощению излучения источников, расположенных за ними.
К типам туманностей также относятся планетарные туманности и сверхновые, а также радиационно-ионизированные туманности и другие. Различие между различными типами туманностей в значительной степени связано с особенностями их формирования.
Происхождение различных типов туманностей
Тёмные туманности
Темные туманности — это плотные (обычно молекулярные) облака межзвездного газа и пыли, которые непрозрачны из-за межзвездного поглощения света пылью. Обычно их можно увидеть на фоне ярких туманностей. В редких случаях темные туманности можно увидеть прямо перед Млечным Путем.
Это туманность «Угольный мешок» и множество более мелких, так называемых гигантских сфер.
Туманность «Угольный мешок
В тех частях туманности, которые прозрачны в оптическом диапазоне, хорошо видна нитевидная структура. Волокна и общее расширение туманностей обусловлены наличием магнитных полей, которые препятствуют движению материи вдоль линий поля и приводят к развитию различных типов магнитогидродинамической неустойчивости. Пылевой компонент небулярной материи связан с магнитными полями, поскольку частицы пыли электрически заряжены.
Отражательные туманности
Туманности отражения — это облака газа и пыли, освещенные звездами. Если звезда или звезды находятся в межзвездном облаке или вблизи него, но недостаточно горячи, чтобы ионизировать заметное количество окружающего их межзвездного водорода, основным источником оптического излучения туманности является звездный свет, рассеянный межзвездной пылью.
Примерами таких туманностей являются туманности вокруг ярких звезд в скоплении Плеяды.
Большинство отражательных туманностей расположены вблизи плоскости Млечного Пути. В некоторых случаях туманности отражения наблюдаются на высоких галактических широтах. Это облака газообразной (часто молекулярной) пыли различных размеров, форм, плотности и массы, которые освещаются комбинированным излучением звезд в диске Млечного Пути.
Редким типом отражательной туманности является так называемое световое эхо, которое наблюдалось после взрыва новой звезды в созвездии Персея в 1901 году. Яркая вспышка света от новой звезды осветила пыль, и в течение нескольких лет наблюдалась слабая туманность, распространяющаяся во всех направлениях со скоростью света. Помимо светового эха, газовые туманности образуются после взрыва новых звезд, подобно остаткам сверхновых.
Диффузные туманности
Диффузные туманности всегда встречаются в областях звездообразования — обычно в спиральных рукавах галактик. Они обычно связаны с большими холодными облаками пыли и газа, в которых образуются звезды. Яркая диффузная туманность — это небольшая часть такого облака, которая нагревается близлежащей горячей массивной звездой.
Поскольку такие звезды образуются редко, диффузные туманности не всегда связаны с холодными облаками. В Орионе, например, есть такие звезды, поэтому там тоже есть диффузные туманности, но они крошечные по сравнению с невидимым темным облаком, которое занимает почти все созвездие Ориона. В небольшой области астрогенеза Тельца нет ярких, горячих звезд, поэтому не видно и диффузных туманностей (есть только несколько слабых туманностей вблизи активных молодых звезд типа Тельца).
Планетарные туманности
Планетарные туманности — это оболочки, которые спадают со звезд на последних стадиях их эволюции. Обычная звезда светится благодаря термоядерным реакциям, которые происходят в ее ядре и превращают водород в гелий. Однако когда запасы водорода в ядре звезды исчерпываются, звезда претерпевает быстрые изменения: Гелиевое ядро сжимается, оболочка расширяется, и звезда становится красным гигантом.
Виды и происхождение туманностей, созданных ударными волнами
Разнообразие и богатство источников сверхзвукового движения материи в межзвездной среде приводит к большому количеству и разнообразию туманностей, образованных в результате столкновений. Обычно эти туманности недолговечны и исчезают, когда кинетическая энергия движущегося газа спадает.
Существуют различные источники таких ударных волн. Чаще всего они образуются в результате взрыва звезды. Реже встречаются звездные ветры, новые звездные взрывы и сверхновые. Во всех случаях существует один источник такого выброса: звезда Такая туманность имеет форму расширяющейся оболочки или сферы.
Выброшенная взрывом материя может развивать скорость от сотен до тысяч километров в секунду, поэтому температура газа за взрывом составляет миллиарды, а не миллионы градусов Цельсия.
Остатки сверхновых и новых звёзд
Самые яркие туманности с ударными волнами возникают в результате взрывов сверхновых и называются остатками сверхновых. Они играют очень важную роль в формировании структуры межзвездного газа. Помимо описанных особенностей, они характеризуются нетепловым радиоизлучением со спектром мощности, вызванным релятивистскими электронами, ускоренными как во время взрыва сверхновой, так и позже пульсаром, который обычно остается после взрыва. Туманности, связанные со взрывами новых звезд, маленькие, слабые и недолговечные.
Существует два возможных сценария образования сверхновой:
- Когда массивная звезда израсходует свое топливо, она перестает производить термоядерную энергию, и звезда разрушается под действием гравитационного притяжения, превращаясь в нейтронную звезду или черную дыру.
- Когда белый карлик накапливает вещество звезды-компаньона (эффект аккреции), он достигает критической массы и превращается в сверхновую в результате термоядерного взрыва.
В обоих случаях взрыв сверхновой выбрасывает все или почти все вещество из внешних слоев звезды в окружающее пространство со скоростью около 1% от скорости света, то есть со скоростью около 3000 км/сек.
Когда выброшенная материя сталкивается с периферийным или межзвездным газом, возникает ударная волна, которая превращает газ в горячую плазму и нагревает его до температуры около 10 миллионов Кельвинов.
Вероятно, самый красивый и лучше всего изученный молодой остаток — от сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом Облаке, вспыхнувшей в 1987 году. Среди других известных остатков сверхновых — Крабовидная туманность, относительно молодой остаток (1054), остаток сверхновой Тихо (SN 1572), названный в честь Тихо Браге, который наблюдал и записал его начальную яркость вскоре после взрыва 1572 года, и остаток сверхновой Кеплера (SN 1604), названный в честь Иоганна Кеплера.
Туманности вокруг звёзд Вольфа — Райе
Другой тип туманностей, образованных ударными волнами, связан со звездными ветрами от звезд Вольфа-Райе. Эти звезды характеризуются очень сильным звездным ветром с потоком массы и скоростью оттока 1⋅103-3⋅103 км/с. Звезды Вольфа имеют достаточно сильный поток массы звездного ветра и высокую скорость оттока. Они образуют туманности среднего размера с очень яркими нитями.
