Туманності – важливий елемент еволюції галактик
Мега НДР.docx
Вступ. Туманності – важливий елемент еволюції галактик.
Туманності є важливим елементом у кругообігу речовини у Всесвіті, в еволюції зірок та галактик.
Оскільки найменувань різних туманностей багато (дифузні, відбивні, емісійні, темні, планетарні), можна постаратися привести їх назви у якусь систему. Якщо під системою розуміти цілісне об'єднання, що має безліч елементів, які мають взаємини між собою, то можна привести в систему історичні назви туманностей, оскільки різні туманності можна класифікувати за різною щільністю та температурою. І різні типи туманностей взаємопов'язані між собою у процесі еволюції. Тому перше завдання наукової роботи – не просто розглянути сучасну класифікацію назв туманностей за щільністю та температурою, а й показати їхній взаємозв'язок.
Друге завдання наукової роботи – підібрати ілюстрації кожного типу туманностей. У існуючих підручниках з астрономії реальних фотографій туманностей, отриманих останнім часом космічними обсерваторіями (ім.Хаббла, Чандра та іншими) практично не наводяться.
Третє завдання – підібрати літературу, а також посилання в Інтернет з цього питання.
1. Коротка характеристика туманності. Аналіз історичної назви різних назв туманностей
Простір між зірками не пустує. У дуже малих концентраціях у ньому є найрізноманітніші частинки, зокрема і атоми багатьох речовин. У галактиках, на кшталт нашої власної, найбільше скупчення міжзоряної речовини досягається поблизу їхньої площини, в спіральних рукавах, і Сонце саме знаходиться між двома такими рукавами. Те, що речовина Галактики ущільнена біля однієїплощині, ми дуже легко можемо побачити ясної ночі. Це ущільнення представляється нам у вигляді туманної смуги, що простяглася по всьому небу - Чумацького Шляху. Дивлячись на нього, ми дивимося вздовж площини Галактики. У напрямку Чумацького Шляху видно багато зірок.
Але окрім зірок тут накопичується і міжзоряна речовина. Щільність його в середньому така, що на один кубічний сантиметр припадає лише одна частка. Однак десятки, сотні та тисячі світлових років, протягом яких розпорошені ці частинки, роблять міжзоряний газ відчутним. Він поглинає і розсіює світло зірок, роблячи його червонішим (так само, як на зорі земна атмосфера робить червонішим світло Сонця). Крім того, речовина здатна утворювати в тисячу разів щільніші газові хмари. Їх ми й бачимо як туманності. У міжзоряному середовищі присутній також і пил, що в ще менших концентраціях додається до газу. До складу порошин входять залізо, кремній, азот, кисень, вуглець та інші елементи. Усі вони можуть утворювати найпростіші молекули (воду, вуглекислий газ).
Іноді зустрічаються і складніші молекули. Всі ці речовини "поставляються" в космос старими зірками, які, утворюючи планетарні туманності, втрачають свої зовнішні шари, а також в результаті вибуху наднових зірок. При вибуху наднових зірок важкі елементи (важче гелію) викидаються у відносно великих кількостях.
Випадкові ущільнення міжзоряної речовини можуть стати зачатками утворення великих газопилових хмар, кожна з яких здатна породити кілька десятків або навіть сотень зірок.
В даний час астрономи ділять туманності на дифузні випромінюючі (емісійні), що відображають і темні. У них у всіх може бути один і той же хімічний склад, але виглядають на небі вони по-різному.
Якщогазопилова хмара настільки розігріта найближчими зірками, у тому числі такими, що знаходяться і народилися в ньому самому, вона може почати світитися, як будь-який нагрітий до високої температури газ. Це -дифузні випромінюючі туманності.Температура газу в випромінюючих туманностях може сягати мільйонів градусів.
Приклад дифузної туманності є Туманність Розетка.
Мал. 2. Одна з випромінюючих туманностей – Туманність Розетка.
Прикладом планетарної туманності є планетарна туманність у сузір'ї Ліра. Словосполучення "планетарна туманність" є історичним і жодного відношення до утворення планетарної системи біля зірок не має. Навпаки, це оболонка, що розширюється, від старої, проеволюціонізуючої зірки. У центрі планетарної туманності завжди спостерігається зірка, а причина світіння даних об'єктів та сама, що й у дифузних світлих туманностей – іонізуюче ультрафіолетове випромінювання гарячої зірки.
Мал. 3. Планетарна туманність у сузір'ї Ліра.
Якщо міжзоряний газ не нагрівається близькими зірками, може спостерігатися темні туманності і навіть глобули.
2. Дифузні туманності
Багато туманностей немає певної форми. Вони схожі на клаптистий туман, що розтікається струменями в різні боки. Ці туманності називають дифузними. Інші назви цих об'єктів – газові, галактичні туманності. Їх відомо кілька сотень у Нашій галактиці.
Бувають туманності із спектром поглинання, бувають із спектром випромінювання (емісійний спектр). Перші туманності називаються іноді відбивними туманностями. Останні туманності світяться за рахунок збудження від гарячої зірки ранніх спектральних класів. Вони також називаються емісійними туманностями.
Туманність Оріону(М42) – найяскравіша дифузна туманність у небі. Для астрономів Оріон також є цікавим об'єктом, тому що в ньому розташована одна з найближчих до нас і найактивніших областей зіркоутворення в Чумацькому Шляху. Біля центру розташована знаменита кратна зірка Трапеція Оріона, що складається з 4 зірок, а також зіркова асоціація, що включає близько тисячі зірок, вік яких становить близько мільйона років. За останні 10 мільйонів років у цій галузі сформувалися десятки тисяч нових зірок. Це дуже короткий період часу за астрономічними мірками.
Мал. 4. Дифузна туманність М 42 "Туманність Оріону".
Газопилову туманність М 42 – у ясну ніч можна побачити неозброєним оком у центрі сузір'я Оріона. Навіть у бінокль видно, що ця туманність простяглася кілька десятків світлових років.
Рис.5. Дифузні туманності у сузір'ї Оріону: М 42 (NGC 1976) внизу та М 43 (NGC 1977) вгорі.
Вона висвітлюється декількома масивними гарячими зірками, розташованими у її центрі, відомими під назвою Трапеція. Однак центральна частина цієї туманності прихована від спостерігача, оскільки у видимій області спектра вона не проглядається. У ній розташовані близько тисячі дуже молодих зірок, відстані між якими менші, ніж відстань між Сонцем і найближчими до нього зірками. У видимій частині спектра центральна область затінена великою кількістю газу та пилу, з яких ці зірки сформувалися. Ефект затінення стає меншим на більш довгих хвилях.
Рис.6. Зображення центральної частини туманності Оріона, складена на основі 81 знімка,
одержаного за допомогою телескопа Very Large Telescope (VLT) обсерваторії Paranal, ESO.
Біля центру розташована знаменита кратна зірка Трапеція
Тут видно сліди відтоку газу з дуже молодого об'єкта, розташованого в щільній молекулярній хмарі за туманністю Оріона. Газ, викинутий вибухом, розлітається зі швидкістю 200 кілометрів на секунду.
Рис.7. Одна з випромінюючих туманностей – Туманність Розетка.
Усередині туманності знаходиться розсіяне скупчення, що складається з яскравих молодих зірок і відоме під назвою NGC 2244. Ці зірки утворилися близько чотирьох мільйонів років тому з речовини туманності та їх зіркові вітри видмухують у центрі туманності дірку, обмежену шаром пилу та гарячого газу. Навколишня скупчення туманність світиться під впливом ультрафіолетового випромінювання зірок скупчення. Розташована з відривом близько 5000 світлових років Туманність Розетка, діаметр якої становить приблизно 100 світлових років, видно у невеликий телескоп.
Рис.8. Дифузна туманність "Трироздільна".
Дифузна туманність "Трироздільна" ("Trifid") у сузір'ї Стрільця має діаметр 40 світлових років (20х20в) і містить велику кількість пилу. Ця область зіркоутворення містить кілька молодих зірок, що знаходяться глибоко всередині туманності, які і змушують її палати. Червоні кольори – випромінювання газу, нагрітого цими гарячими молодими зірками. Сині кольори виходять внаслідок розсіювання зоряного світла пилом у туманності.
Рис.9. Туманність "Петля" NGC 6069.
Рис.10. Дифузна туманність Каріна NGC 3372.
Мал. 11. Дифузна туманність "Тарантул".
Рис.12. Дифузна туманність "Північна Америка" NGC 7000 (ліворуч)
та дифузна туманність "Пелікан" IC 5067 (праворуч).
Мал. 13. Дифузна туманність "Лагуна".
Туманність Лагуни містить малі скупчення зірок (NGC 6523) і пов'язаного з ним навколишнього газового хмари з якоговони сформувалися. Туманність видима неозброєним поглядом як яскрава нечітка пляма з шістьма зірками 7 та 9 зірковою величиною. Основа світіння дифузної туманності – яскрава область знизу праворуч знімку, що містить туманність "Пісочний годинник" (Hourglass). Назва походить від темного діапазону, який, здається, розділяє центральну область.
Рис.14. Дифузна туманність та розсіяне зоряне скупчення у сузір'ї Змія "Орел".
У центрі добре видно так звані стовпи.
Зірки в M16 формувалися з газу і пилу і тепер забезпечують енергією газ, що залишився, змушуючи його горіти. Докладні зображення Космічного телескопа Хаббл показали це, а також довели зіркоутворення. Його назва виходить через його відмінну рису, створену густими областями пилу в туманності.
Мал. 15. У центрі дифузної туманності "Орел" видно "стовпи".
Це області холоднішого міжзоряного газу.
Мал. 16. Дифузна туманність "Омега" (М 17) у сузір'ї Стрільця.
Дифузна туманність M17 відома кількома назвами - "Туманність Омега" (Omega), "Лебідь" (Swan), "Підкова" (Horseshoe) або туманність "Омара" (Lobster). У цій туманності молоді зірки порушили навколишню газову хмару, з якої вони формувалися, викликаючи розжарювання до червоного кольору. Маса газу в туманності була оцінена приблизно 800 мас нашого Сонця. Дифузна туманність має значні розміри і може спостерігатися у слабкі телескопи (20х15`).
Серед туманностей спостерігаються нечисленні так звані планетарні туманності. Усередині кожної з них у центрі завжди є одна дуже гаряча зірка. Такі туманності складаються з розрідженого газу, який віддаляється на всі боки від центральної зірки зі швидкістюдесятків кілометрів на секунду. Якщо газова оболонка навколо зірки всередині порожниста, туманність має вигляд кільця, як, наприклад, туманність у сузір'ї Ліри.
Мал. 17. Планетарна туманність М 57 "Кільце" у сузір'ї Ліра.
Туманність "Кільце" (М57) є, мабуть, найбільш відомим небесним кільцем. Видимий досить правильне кільце - лише обман зору, пов'язані з проекцією; насправді, хмара газу, що оточує вмираючу центральну зірку, має бочкоподібну форму, ми ж, дивлячись на неї із Землі, бачимо кільце, оскільки вісь "бочки" паралельна променю зору. Це напрочуд чітке зображення було підготовлено на основі спостережень космічного телескопа ім. Хаббла, і в ньому використані природні кольори, для представлення температури газу, що огортає центральну зірку. Енергії жорстких ультрафіолетових фотонів достатньо, щоб іонізувати більшу частину скинутих зовнішніх шарів, а також збудити їхнє випромінювання, яке ми й бачимо від туманності. Гарячий блакитний газ поблизу старого ядра зірки (білого карлика, що народжується), що служить джерелом енергії, поступово поступається місцем більш холодному зеленому і жовтому газу, що знаходиться на більшій відстані від зірки, а потім і найхолоднішому червоному газу зовнішньої оболонки. Біля краю туманності видно також темні витягнуті структури. Туманність "Кільце" має в діаметрі близько одного світлового року і віддалена від нас на 2000 світлових років.
Туманність "Котяче око" (NGC 6543) – це одна з найвідоміших і найкрасивіших планетарних туманностей на небі, що мають складну структуру. Її симетричні форми, що запам'ятовуються, видно в центральній частині зображення в штучних кольорах, спеціально обробленого для того, щоб показати величезне, але дуже слабке гало з газоподібної речовини, що маєдіаметр близько трьох світлових років, що, ймовірно, сформувалися з речовини, викинутої під час ранніх, активних стадій еволюції зірок. Приголомшливе оптичне зображення в умовних кольорах, отримане в 1995 році на Космічному телескопі імені Хаббла, дозволило докладно розглянути вихроподібні структури цієї туманності, що світиться, яка являє собою газову оболонку, скинуту на відстані близько 3000 світлових років від Землі вмираючою зіркою типу Сола.