Pavyzdžiui, anglis, azotas, deguonis ir kalcis).
Pastaraisiais metais Hablo kosminiu teleskopu gautų vaizdų pagalba pavyko išsiaiškinti, kad daugelis planetų ūkų turi labai sudėtingą ir unikalią struktūrą. Nors maždaug penktadalis jų yra apskritimo formos, dauguma jų neturi jokios sferinės simetrijos. Mechanizmai, leidžiantys suformuoti tokią formų įvairovę, iki šiol nėra visiškai suprantami. Manoma, kad žvaigždžių vėjo ir dvinarių žvaigždžių, magnetinio lauko ir tarpžvaigždinės terpės sąveika gali suvaidinti didelį vaidmenį.
Tyrimų istorija
Planetiniai ūkai dažniausiai yra neryškūs objektai ir paprastai nėra matomi plika akimi. Pirmasis aptiktas planetinis ūkas buvo Hantelio ūkas Vulpecula žvaigždyne: Charlesas Messier, kuris ieškojo kometų, 1764 m. sudarydamas savo ūkų (stacionarių objektų, panašių į kometas stebint dangų) katalogą, jį katalogavo M27 numeriu. 1784 m. Urano atradėjas Williamas Herschelis, sudarydamas savo katalogą, juos nustatė kaip atskirą ūkų klasę. IV klasės ūkai) ir pasiūlė jiems terminą „planetinis ūkas“ dėl akivaizdaus panašumo į Urano diską.
Neįprasta planetinių ūkų prigimtis buvo atrasta XIX amžiaus viduryje, pradėjus naudoti spektroskopiją stebėjimuose. Williamas Hugginsas tapo pirmuoju astronomu, gavusiu planetų ūkų spektrus – objektus, kurie išsiskyrė savo neįprastumu:
Kai kurie paslaptingiausi iš šių nuostabių objektų yra tie, kurie žiūrint teleskopiškai atrodo kaip apvalūs arba šiek tiek ovalūs diskai. ...Nepaprasta ir jų žalsvai melsva spalva, itin reta pavienėms žvaigždėms. Be to, šiuose ūkuose nėra centrinio kondensato požymių. Remiantis šiomis savybėmis, planetų ūkai ryškiai išsiskiria kaip objektai, kurių savybės visiškai skiriasi nuo Saulės ir nejudančių žvaigždžių savybių. Dėl šių priežasčių, taip pat ir dėl jų ryškumo, šiuos ūkus pasirinkau kaip tinkamiausius spektroskopiniam tyrimui.
Kita problema buvo planetinių ūkų cheminė sudėtis: Hugginsas, palyginti su standartiniais spektrais, sugebėjo identifikuoti azoto ir vandenilio linijas, tačiau ryškiausios linijos, kurių bangos ilgis buvo 500,7 nm, nebuvo pastebėtos tuomet žinomų spektrų spektruose. cheminiai elementai. Buvo iškelta hipotezė, kad ši linija atitinka nežinomą elementą. Iš anksto jam buvo suteiktas ūko pavadinimas – pagal analogiją su idėja, kuri paskatino helio atradimą atliekant Saulės spektrinę analizę 1868 m.
Prielaidos apie naujo elemento atradimą ūkas nebuvo patvirtinti. XX amžiaus pradžioje Henry Russellas iškėlė hipotezę, kad linija ties 500,7 nm atitinka ne naują elementą, o seną elementą nežinomomis sąlygomis.
Termobranduolinių reakcijų atnaujinimas užkerta kelią tolesniam branduolio suspaudimui. Degantis helis netrukus sukuria inertišką šerdį, susidedančią iš anglies ir deguonies, apsuptą degančio helio apvalkalo. Termobranduolinės reakcijos, kuriose dalyvauja helis, yra labai jautrios temperatūrai. Reakcijos greitis yra proporcingas T40, tai yra, temperatūrai padidėjus vos 2%, reakcijos greitis padvigubės. Dėl to žvaigždė tampa labai nestabili: nedidelis temperatūros padidėjimas greitai padidina reakcijų greitį, padidindamas energijos išsiskyrimą, o tai savo ruožtu padidina temperatūrą. Viršutiniai degančio helio sluoksniai pradeda sparčiai plėstis, nukrenta temperatūra, sulėtėja reakcija. Visa tai gali sukelti galingą pulsaciją, kartais pakankamai stiprią, kad išstumtų į kosmosą nemaža žvaigždės atmosferos dalis.
Išmestos dujos sudaro besiplečiantį apvalkalą aplink atvirą žvaigždės šerdį. Kadangi nuo žvaigždės atimama vis daugiau atmosferos, atsiskleidžia vis gilesni sluoksniai, kurių temperatūra aukštesnė. Kai eksponuojamas paviršius (žvaigždės fotosfera) pasiekia 30 000 K temperatūrą, skleidžiamų ultravioletinių fotonų energijos pakanka jonizuoti išmestos medžiagos atomus, todėl ji švyti. Taigi debesis tampa planetiniu ūku.
Gyvenimo trukmė
Planetinio ūko materija nuskrenda nuo centrinės žvaigždės kelių dešimčių kilometrų per sekundę greičiu. Tuo pačiu metu, kai medžiaga išteka, centrinė žvaigždė atvėsta, išskirdama likusią energiją; Termobranduolinės reakcijos sustoja, nes žvaigždė nebeturi pakankamai masės palaikyti temperatūrą, reikalingą anglies ir deguonies susiliejimui. Galiausiai žvaigždė taip atvės, kad nebeskleis pakankamai ultravioletinės šviesos, kad jonizuotų išorinį dujų apvalkalą. Žvaigždė tampa balta nykštuke, o dujų debesis rekombinuoja, tampa nematomas. Tipiškam planetiniam ūkui laikas nuo susidarymo iki rekombinacijos yra 10 000 metų.
Galaktikos perdirbėjai
Planetiniai ūkai atlieka svarbų vaidmenį galaktikų evoliucijoje. Ankstyvąją Visatą daugiausia sudarė vandenilis ir helis, iš kurių II tipo žvaigždės. Tačiau laikui bėgant dėl termobranduolinės sintezės žvaigždėse susidarė sunkesni elementai. Taigi planetinių ūkų materijoje yra daug anglies, azoto ir deguonies, o plėsdamasi ir prasiskverbdama į tarpžvaigždinę erdvę ji praturtėja šiais sunkiais elementais, astronomų paprastai vadinamais metalais.
Vėlesnėse žvaigždžių kartose, susidariusiose iš tarpžvaigždinės medžiagos, bus didesnis pradinis sunkiųjų elementų kiekis. Nors jų dalis žvaigždžių sudėtyje išlieka nereikšminga, jų buvimas reikšmingai keičia gyvavimo ciklą I tipo žvaigždės(Žr. Žvaigždžių populiacija).
Charakteristikos
fizinės savybės
Tipiško planetinio ūko vidutinis plotis yra vieneri šviesmečiai ir jį sudaro labai išretintos dujos, kurių tankis yra apie 1000 dalelių cm³, o tai yra nereikšminga, palyginti, pavyzdžiui, su Žemės atmosferos tankiu, bet apie 10–100. kartų didesnis už tarpplanetinės erdvės tankį Žemės orbitos atstumu nuo Saulės. Jaunų planetinių ūkų tankis yra didžiausias, kartais pasiekiantis 106 daleles cm³. Ūkams senstant, dėl jų plėtimosi mažėja jų tankis.
Centrinės žvaigždės spinduliuotė įkaitina dujas iki maždaug 10 000 laipsnių temperatūros. Paradoksalu, bet dujų temperatūra dažnai didėja didėjant atstumui nuo centrinės žvaigždės. Taip nutinka todėl, kad kuo daugiau energijos turi fotonas, tuo mažesnė tikimybė, kad jis bus sugertas. Todėl mažos energijos fotonai sugeriami vidinėse ūko srityse, o likę didelės energijos fotonai – išoriniuose regionuose, todėl jų temperatūra pakyla.
Ūkus galima suskirstyti į vargšas materijoje Ir prasta radiacija. Remiantis šia terminija, pirmuoju atveju ūkas neturi pakankamai medžiagos, kad sugertų visus žvaigždės skleidžiamus ultravioletinius fotonus. Todėl matomas ūkas yra visiškai jonizuotas. Antruoju atveju centrinė žvaigždė skleidžia nepakankamai ultravioletinių fotonų, kad jonizuotų visas aplinkines dujas, o jonizacijos frontas pereina į neutralią tarpžvaigždinę erdvę.
Kadangi didžioji dalis planetinio ūko dujų yra jonizuotos (ty plazma), magnetiniai laukai daro didelę įtaką jo struktūrai, sukeldami tokius reiškinius kaip plazmos gijos ir nestabilumas.
Kiekis ir paskirstymas
Šiandien mūsų galaktikoje, kurią sudaro 200 milijardų žvaigždžių, žinoma 1500 planetinių ūkų. Jų mažo skaičiaus priežastis yra trumpa jų gyvenimo trukmė, palyginti su žvaigždžių. Iš esmės jie visi guli Paukščių Tako plokštumoje ir daugiausia susitelkę netoli galaktikos centro, o žvaigždžių spiečių praktiškai nepastebimi.
Astronominiuose tyrimuose vietoj fotografinės juostos panaudojus CCD matricas, žinomų planetinių ūkų sąrašas gerokai praplėtė.
Struktūra
Dauguma planetinių ūkų yra simetriški ir beveik sferiniai, tačiau tai netrukdo jiems turėti daug labai sudėtingų formų. Maždaug 10 % planetinių ūkų yra praktiškai dvipoliai ir tik nedidelė dalis yra asimetriški. Yra žinomas net stačiakampis planetinis ūkas. Šios formų įvairovės priežastys nėra visiškai suprantamos, tačiau manoma, kad gravitacinė sąveika tarp dvejetainių sistemų žvaigždžių gali atlikti svarbų vaidmenį. Pagal kitą versiją, egzistuojančios planetos sutrikdo tolygų medžiagos sklaidą formuojantis ūkui. 2005 m. sausio mėn. amerikiečių astronomai paskelbė pirmą kartą aptikę magnetinius laukus aplink dviejų planetinių ūkų centrines žvaigždes, o tada iškėlė hipotezę, kad jie iš dalies arba visiškai atsakingi už šių ūkų formos sukūrimą. Reikšmingą magnetinių laukų vaidmenį planetų ūkuose Grigoris Gurzadyanas numatė dar septintajame dešimtmetyje. Taip pat daroma prielaida, kad bipolinė forma gali atsirasti dėl smūginių bangų sąveikos, atsirandančios dėl detonacijos fronto plitimo helio sluoksnyje besiformuojančios baltosios nykštukės paviršiuje (pavyzdžiui, Katės akyje, Smėlio laikrodžio ūkuose, tai bus galima apskaičiuoti plėtimosi greitį išilgai matymo linijos kampinio plėtimosi palyginimas su gautu plėtimosi greičiu leis apskaičiuoti atstumą iki ūko.
Tokios ūko formų įvairovės egzistavimas yra karštų diskusijų tema. Plačiai manoma, kad tai gali būti dėl sąveikos tarp materijos, tolstančios nuo žvaigždės skirtingu greičiu. Kai kurie astronomai mano, kad dvinarių žvaigždžių sistemos yra atsakingos už bent sudėtingiausias planetų ūkų formas. Naujausi tyrimai patvirtino galingų magnetinių laukų buvimą keliuose planetų ūkuose, kas jau buvo ne kartą pasiūlyta. Magnetinė sąveika su jonizuotomis dujomis taip pat gali turėti įtakos nustatant kai kurių iš jų formą.
Šiuo metu yra du skirtingi metalų aptikimo ūke metodai, pagrįsti skirtingų tipų spektro linijomis. Kartais šie du metodai duoda visiškai skirtingus rezultatus. Kai kurie astronomai yra linkę tai aiškinti silpnais temperatūros svyravimais planetiniame ūke. Kiti mano, kad stebėjimų skirtumai yra pernelyg dramatiški, kad juos būtų galima paaiškinti temperatūros poveikiu. Jie kelia hipotezę, kad egzistuoja šalti gumulėliai, kuriuose yra labai nedideli vandenilio kiekiai. Tačiau gumulėlių, kurių buvimas, jų nuomone, galėtų paaiškinti metalų kiekio įvertinimo skirtumą, niekada nebuvo pastebėta.
Planetinių ūkų fizika. - M.: Nauka, 1982 m.
NGC 6543, Cat's Eye ūkas – vidinė sritis, klaidingas spalvotas vaizdas (raudona – Hα; mėlyna – neutralus deguonis, 630 nm; žalia – jonizuotas azotas, 658,4 nm)
Planetinis ūkas yra astronominis objektas, susidedantis iš jonizuotų dujų apvalkalo ir centrinio ūko. Planetiniai ūkai susidaro, kai paskutiniame jų evoliucijos etape išsiskiria išoriniai sluoksniai (apvalkalai) ir supergigantai, kurių masė iki 1,4 saulės. Planetinis ūkas yra greitai judantis (astronominiais standartais) reiškinys, trunkantis tik kelias dešimtis tūkstančių metų, o protėvio žvaigždės gyvenimo trukmė yra keli milijardai metų. Šiuo metu žinoma apie 1500 planetinių ūkų.
Planetinių ūkų formavimosi procesas kartu su blyksniais vaidina svarbų vaidmenį cheminėje evoliucijoje, išmetant į tarpžvaigždinę erdvę medžiagą, prisodrintą sunkiaisiais elementais - žvaigždžių nukleosintezės produktais (astronomijoje visi elementai laikomi sunkiais, išskyrus pirminė nukleosintezė – vandenilis ir helis, pavyzdžiui, anglis, azotas, deguonis ir kalcis).
Pastaraisiais metais gautų vaizdų pagalba pavyko išsiaiškinti, kad daugelis planetų ūkų turi labai sudėtingą ir unikalią struktūrą. Nors maždaug penktadalis jų yra apskritimo formos, dauguma jų neturi jokios sferinės simetrijos. Mechanizmai, leidžiantys suformuoti tokią formų įvairovę, iki šiol nėra visiškai suprantami. Manoma, kad tam svarbų vaidmenį gali atlikti abiejų ir tarpžvaigždinės terpės sąveika.
Tyrimų istorija
Hantelio ūkas netikrų spalvų
Planetiniai ūkai dažniausiai yra neryškūs objektai ir paprastai nėra matomi plika akimi. Pirmasis aptiktas planetinis ūkas buvo Hantelio ūkas Vulpecula žvaigždyne: Charlesas Messier, kuris ieškojo 1764 m., sudarydamas savo ūkų (stacionarių objektų, panašių į kometas stebint dangų) katalogą, įtraukė jį į katalogą numeriu M27. 1784 m. atradėjas Williamas Herschelis, sudarydamas savo katalogą, nustatė juos kaip atskirą ūkų klasę. IV klasės ūkai) ir pasiūlė jiems terminą „planetinis ūkas“ dėl akivaizdaus panašumo į Urano diską.
Neįprasta planetinių ūkų prigimtis buvo atrasta XIX amžiaus viduryje, pradėjus naudoti spektroskopiją stebėjimuose. Williamas Hugginsas tapo pirmuoju astronomu, gavusiu planetų ūkų spektrus – objektus, kurie išsiskyrė savo neįprastumu:
Kai kurie paslaptingiausi iš šių nuostabių objektų yra tie, kurie žiūrint teleskopiškai atrodo kaip apvalūs arba šiek tiek ovalūs diskai. ...Nepaprasta ir jų žalsvai melsva spalva, itin reta pavienėms žvaigždėms. Be to, šiuose ūkuose nėra centrinio kondensato požymių. Remiantis šiomis savybėmis, planetiniai ūkai ryškiai išsiskiria kaip objektai, kurių savybės visiškai skiriasi nuo nejudančių žvaigždžių savybių. Dėl šių priežasčių, taip pat ir dėl jų ryškumo, šiuos ūkus pasirinkau kaip tinkamiausius spektroskopiniam tyrimui.
Kai Hugginsas ištyrė ūkų NGC 6543 (Katės akis), M27 (Hantelis), M57 (Lyros žiedo ūkas) ir daugelio kitų spektrus, paaiškėjo, kad jų spektras labai skiriasi nuo žvaigždžių spektro: visi žvaigždžių spektrai. iki to laiko buvo gauti absorbcijos spektrai (ištisinis spektras su daugybe tamsių linijų), o planetinių ūkų spektrai pasirodė esantys emisijos spektrai su nedideliu emisijos linijų skaičiumi, o tai rodo, kad jų prigimtis iš esmės skyrėsi nuo ūkų prigimties. žvaigždės:
Nėra jokių abejonių, kad ūkai 37 H IV (NGC 3242), Struve 6 (NGC 6572), 73 H IV (NGC 6826), 1 H IV (NGC 7009), 57 M, 18 H. IV (NGC 7662) ir 27 M negali būti laikomi to paties tipo žvaigždžių spiečiais, į kuriuos įeina nejudančios žvaigždės ir mūsų Saulė.<…>šie objektai turi ypatingą ir skirtingą struktūrą<…>greičiausiai šiuos objektus turime laikyti didžiulėmis šviečiančių dujų arba garų masėmis.
Kita problema buvo planetinių ūkų cheminė sudėtis: Hugginsas, lyginant su standartiniais spektrais, sugebėjo identifikuoti azoto ir vandenilio linijas, tačiau ryškiausios iš 500,7 nm bangos ilgio linijų tuometiniuose spektruose nebuvo pastebėtos. žinomi cheminiai elementai. Buvo iškelta hipotezė, kad ši linija atitinka nežinomą elementą. Iš anksto jam buvo suteiktas ūko pavadinimas – pagal analogiją su idėja, kuri paskatino helio atradimą atliekant Saulės spektrinę analizę 1868 m.
Prielaidos apie naujo elemento atradimą ūkas nebuvo patvirtinti. XX amžiaus pradžioje Henry Russellas iškėlė hipotezę, kad linija ties 500,7 nm atitinka ne naują elementą, o seną elementą nežinomomis sąlygomis.
XX amžiaus 20-ajame dešimtmetyje buvo įrodyta, kad labai išretintose dujose atomai ir jonai gali virsti sužadintomis metastabiliomis būsenomis, kurios esant didesniam tankiui dėl dalelių susidūrimų negali egzistuoti pakankamai ilgai. 1927 m. Bowenas nustatė, kad 500,7 nm ūko linija atsiranda dėl dvigubai jonizuoto deguonies atomo (OIII) metastabilios būsenos perėjimo į pagrindinę būseną. Tokio tipo spektrinės linijos, stebimos tik esant itin mažam tankiui, vadinamos draudžiamos linijos. Taigi spektroskopiniai stebėjimai leido įvertinti viršutinę ūkų dujų tankio ribą. Tuo pačiu metu plyšiniais spektrometrais gauti planetų ūkų spektrai rodė „nutrūkimą“ ir linijų skilimą dėl skirtingais greičiais judančių ūko spinduliuojančių sričių Doplerio poslinkių, o tai leido įvertinti planetų ūkų plėtimosi greitį. 20-40 km/s greičiu.
Nepaisant gana išsamaus supratimo apie planetinių ūkų struktūrą, sudėtį ir spinduliavimo mechanizmą, jų kilmės klausimas liko atviras iki XX amžiaus šeštojo dešimtmečio vidurio, kol I. S. Šklovskis pastebėjo, kad jei ekstrapoliuosime planetinių ūkų parametrus akimirką jie pradėjo plėstis, tada gautas parametrų rinkinys sutampa su raudonųjų milžinų savybėmis, o jų branduolių savybės sutampa su karštųjų baltųjų nykštukų savybėmis. Šiuo metu šią planetinių ūkų kilmės teoriją patvirtina daugybė stebėjimų ir skaičiavimų.
Iki XX amžiaus pabaigos tobulėjant technologijoms buvo galima išsamiau ištirti planetų ūkus. Kosminiai teleskopai leido ištirti jų spektrus už matomo diapazono ribų, o tai anksčiau nebuvo įmanoma padaryti stebint iš paviršiaus. Infraraudonųjų ir ultravioletinių bangų ilgių stebėjimai suteikė naujus, daug tikslesnius planetinių ūkų temperatūros, tankio ir cheminės sudėties įvertinimus. CCD technologijos naudojimas leido analizuoti žymiai mažiau ryškias spektrines linijas. Hablo kosminio teleskopo naudojimas atskleidė nepaprastai sudėtingą planetinių ūkų struktūrą, kuri anksčiau buvo laikoma paprasta ir vienalyte.
Kilmė
Simetriško planetinio ūko sandara. Greitas karštos baltos nykštuko - žvaigždės šerdies (centre) žvaigždžių vėjas (mėlynos rodyklės), susidūręs su išmestu apvalkalu - lėtas raudonojo milžino žvaigždžių vėjas (raudonos rodyklės), sukuria tankų apvalkalą (mėlyną). ), švytintis veikiant ultravioletinei spinduliuotei iš šerdies.
Planetiniai ūkai yra daugelio žvaigždžių paskutinis evoliucijos etapas. Mūsų Saulė yra vidutinio dydžio žvaigždė, ir tik nedaugelis žvaigždžių ją viršija savo mase. Žvaigždės, kurių masė kelis kartus didesnė už Saulę paskutiniame egzistavimo etape, virsta supernovomis. Vidutinės ir mažos masės žvaigždės savo evoliucijos kelio pabaigoje sukuria planetinius ūkus.
Tipiška žvaigždė, kurios masė kelis kartus mažesnė už Saulės, didžiąją savo gyvenimo dalį šviečia dėl termobranduolinės helio sintezės iš vandenilio jos šerdyje reakcijų (sąvoka „degimas“ dažnai vartojama vietoj termino „termobranduolinė sintezė“). šiuo atveju vandenilio degimas). Šių reakcijų metu išsiskirianti energija neleidžia žvaigždei subyrėti veikiant savo gravitacijai, todėl ji tampa stabili.
Po kelių milijardų metų vandenilio atsargos baigiasi ir energijos neužtenka išoriniams žvaigždės sluoksniams laikyti. Šerdis pradeda trauktis ir įkaisti. Šiuo metu Saulės šerdies temperatūra yra apytiksliai 15 mln. K, tačiau pasibaigus vandenilio tiekimui, suspaudus šerdį, temperatūra pakils iki 100 mln. K. Tuo pačiu metu išoriniai sluoksniai atvėsta ir žymiai padidėja. dydžio dėl labai aukštos temperatūros branduolių. Žvaigždė virsta raudonu milžinu. Šiame etape šerdis toliau spaudžiasi ir įkaista; Kai temperatūra pasiekia 100 milijonų K, prasideda anglies ir deguonies sintezės procesas iš helio.
Termobranduolinių reakcijų atnaujinimas leidžia sustabdyti tolesnį branduolio suspaudimą. Degantis helis netrukus sukuria inertišką anglies ir deguonies šerdį, kurią supa degančio helio apvalkalas. Termobranduolinės reakcijos, kuriose dalyvauja helis, yra labai jautrios temperatūrai. Reakcijos greitis yra proporcingas T40, tai yra, temperatūrai padidėjus vos 2%, reakcijos greitis padvigubės. Dėl to žvaigždė tampa labai nestabili: nedidelis temperatūros padidėjimas greitai padidina reakcijų greitį, padidindamas energijos išsiskyrimą, o tai savo ruožtu padidina temperatūrą. Viršutiniai degančio helio sluoksniai pradeda sparčiai plėstis, nukrenta temperatūra, sulėtėja reakcija. Visa tai gali sukelti galingą pulsaciją, kartais pakankamai stiprią, kad išstumtų į kosmosą nemaža žvaigždės atmosferos dalis.
Išmestos dujos sudaro besiplečiantį apvalkalą aplink atvirą žvaigždės šerdį. Kadangi nuo žvaigždės atimama vis daugiau atmosferos, atsiskleidžia vis gilesni sluoksniai, kurių temperatūra aukštesnė. Kai eksponuojamas paviršius (žvaigždės fotosfera) pasiekia 30 000 K temperatūrą, skleidžiamų ultravioletinių fotonų energijos pakanka jonizuoti išmestos medžiagos atomus, todėl ji švyti. Taigi debesis tampa planetiniu ūku.
Gyvenimo trukmė
Kompiuterinis planetinio ūko susidarymo iš žvaigždės su netaisyklingu disku modeliavimas, iliustruojantis, kaip dėl mažos pradinės asimetrijos gali susidaryti sudėtingos struktūros objektas.
Planetinio ūko materija nuskrenda nuo centrinės žvaigždės kelių dešimčių kilometrų per sekundę greičiu. Tuo pačiu metu, kai medžiaga išteka, centrinė žvaigždė atvėsta, išskirdama likusią energiją; Termobranduolinės reakcijos sustoja, nes žvaigždė nebeturi pakankamai masės palaikyti temperatūrą, reikalingą anglies ir deguonies susiliejimui. Galiausiai žvaigždė taip atvės, kad nebeskleis pakankamai ultravioletinės šviesos, kad jonizuotų išorinį dujų apvalkalą. Žvaigždė tampa balta nykštuke, o dujų debesis rekombinuoja, tampa nematomas. Tipiškam planetiniam ūkui laikas nuo susidarymo iki rekombinacijos yra 10 000 metų.
Galaktikos perdirbėjai
Planetiniai ūkai atlieka svarbų vaidmenį galaktikų evoliucijoje. Ankstyvąjį daugiausia sudarė vandenilis ir helis, tačiau laikui bėgant dėl termobranduolinės sintezės žvaigždėse susidarė sunkesni elementai. Taigi planetinių ūkų materijoje yra daug anglies, azoto ir deguonies, o plėsdamasi ir prasiskverbdama į tarpžvaigždinę erdvę ji praturtėja šiais sunkiais elementais, astronomų paprastai vadinamais metalais.
Vėlesnėse iš tarpžvaigždinės medžiagos susiformuojančių žvaigždžių kartose bus didesnis pradinis sunkiųjų elementų kiekis; Nors jų buvimas žvaigždžių sudėtyje išlieka nereikšmingas, jos daro didelę įtaką jų evoliucijai. Žvaigždės, kurios susiformavo netrukus po Visatos susidarymo, turi palyginti nedaug metalų – jos klasifikuojamos kaip II tipo žvaigždės. Sunkiais elementais prisodrintos žvaigždės priklauso I tipo žvaigždės.
Charakteristikos
fizinės savybės
Tipiško planetinio ūko vidutinis plotis yra vienas ir jį sudaro labai išretintos dujos, kurių tankis yra apie 1000 dalelių cm³, o tai yra nereikšminga, palyginti su, pavyzdžiui, Žemės atmosferos tankiu, bet apie 10–100 kartų didesnis nei tarpplanetinės erdvės tankis orbitiniu atstumu Žemė nuo Saulės. Jaunų planetinių ūkų tankis yra didžiausias, kartais pasiekiantis 106 daleles cm³. Ūkams senstant, dėl jų plėtimosi mažėja jų tankis.
Centrinės žvaigždės spinduliuotė įkaitina dujas iki maždaug 10 000 K. Paradoksalu, bet dujų temperatūra dažnai didėja didėjant atstumui nuo centrinės žvaigždės. Taip nutinka todėl, kad kuo daugiau energijos turi fotonas, tuo mažesnė tikimybė, kad jis bus sugertas. Todėl mažos energijos fotonai sugeriami vidinėse ūko srityse, o likę didelės energijos fotonai – išoriniuose regionuose, todėl jų temperatūra pakyla.
Ūkus galima suskirstyti į vargšas materijoje Ir prasta radiacija. Remiantis šia terminija, pirmuoju atveju ūkas neturi pakankamai medžiagos, kad sugertų visus žvaigždės skleidžiamus ultravioletinius fotonus. Todėl matomas ūkas yra visiškai jonizuotas. Antruoju atveju centrinė žvaigždė skleidžia nepakankamai ultravioletinių fotonų, kad jonizuotų visas aplinkines dujas, o jonizacijos frontas pereina į neutralią tarpžvaigždinę erdvę.
Kadangi didžioji dalis planetinio ūko dujų yra jonizuotos (ty plazma), magnetiniai laukai daro didelę įtaką jo struktūrai, sukeldami tokius reiškinius kaip plazmos gijos ir nestabilumas.
Kiekis ir paskirstymas
Šiandien mūsų Galaktikoje, kurią sudaro 200 milijardų žvaigždžių, yra 1500 žinomų planetinių ūkų. Jų mažo skaičiaus priežastis yra trumpa jų gyvenimo trukmė, palyginti su žvaigždžių. Iš esmės jie visi guli plokštumoje ir dažniausiai yra susitelkę netoli galaktikos centro ir praktiškai nėra stebimi .
Astronominiuose tyrimuose vietoj fotografinės juostos panaudojus CCD matricas, žinomų planetinių ūkų sąrašas gerokai praplėtė.
Struktūra
Dauguma planetinių ūkų yra simetriški ir beveik sferiniai, tačiau tai netrukdo jiems turėti daug labai sudėtingų formų. Maždaug 10 % planetinių ūkų yra praktiškai dvipoliai ir tik nedidelė dalis yra asimetriški. Yra žinomas net stačiakampis planetinis ūkas. Šios formų įvairovės priežastys nėra visiškai suprantamos, tačiau manoma, kad gravitacinė sąveika tarp dvejetainių sistemų žvaigždžių gali atlikti svarbų vaidmenį. Pagal kitą versiją, egzistuojančios planetos sutrikdo tolygų medžiagos sklaidą formuojantis ūkui. 2005 m. sausio mėn. amerikiečių astronomai paskelbė pirmą kartą aptikę magnetinius laukus aplink dviejų planetinių ūkų centrines žvaigždes, o tada iškėlė hipotezę, kad jie iš dalies arba visiškai atsakingi už šių ūkų formos sukūrimą. Reikšmingą magnetinių laukų vaidmenį planetų ūkuose Grigoris Gurzadyanas numatė dar septintajame dešimtmetyje. Taip pat yra prielaida, kad bipolinė forma gali atsirasti dėl smūginių bangų sąveikos, atsirandančios detonacijos fronto plitimo helio sluoksnyje besiformuojančios baltosios nykštukės paviršiuje (pavyzdžiui, Katės akies, Smėlio laikrodžio, Skruzdėlės ūkuose). ).
Aktualūs planetinių ūkų tyrimo klausimai
Vienas iš iššūkių tiriant planetinius ūkus yra tiksliai nustatyti jų atstumą. Kai kurių netoliese esančių planetų ūkų atstumą nuo mūsų galima apskaičiuoti naudojant išmatuotą plėtimosi paralaksą: prieš keletą metų darytose didelės raiškos nuotraukose matyti, kad ūkas plečiasi statmenai regėjimo linijai, o spektroskopinė Doplerio poslinkio analizė leis plėstis. greitis išilgai matymo linijos turi būti apskaičiuojamas. Palyginus kampinį plėtimąsi su gautu plėtimosi greičiu, bus galima apskaičiuoti atstumą iki ūko.
Tokios ūko formų įvairovės egzistavimas yra karštų diskusijų tema. Plačiai manoma, kad tai gali būti dėl sąveikos tarp materijos, tolstančios nuo žvaigždės skirtingu greičiu. Kai kurie astronomai mano, kad dvinarių žvaigždžių sistemos yra atsakingos už bent sudėtingiausias planetų ūkų formas. Naujausi tyrimai patvirtino galingų magnetinių laukų buvimą keliuose planetų ūkuose, kas jau buvo ne kartą pasiūlyta. Magnetinė sąveika su jonizuotomis dujomis taip pat gali turėti įtakos nustatant kai kurių iš jų formą.
Šiuo metu yra du skirtingi metalų aptikimo ūke metodai, pagrįsti skirtingų tipų spektro linijomis. Kartais šie du metodai duoda visiškai skirtingus rezultatus. Kai kurie astronomai yra linkę tai aiškinti silpnais temperatūros svyravimais planetiniame ūke. Kiti mano, kad stebėjimų skirtumai yra pernelyg dramatiški, kad juos būtų galima paaiškinti temperatūros poveikiu. Jie kelia hipotezę, kad egzistuoja šalti gumulėliai, kuriuose yra labai nedideli vandenilio kiekiai. Tačiau gumulėlių, kurių buvimas, jų nuomone, galėtų paaiškinti metalų kiekio įvertinimo skirtumą, niekada nebuvo pastebėta.
Forma, dauguma neturi sferinės simetrijos. Mechanizmai, leidžiantys suformuoti tokią formų įvairovę, iki šiol nėra visiškai suprantami. Manoma, kad žvaigždžių vėjo ir dvinarių žvaigždžių, magnetinio lauko ir tarpžvaigždinės terpės sąveika gali suvaidinti didelį vaidmenį.
Tyrimų istorija
Hantelio ūkas netikrų spalvų
Planetiniai ūkai dažniausiai yra neryškūs objektai ir paprastai nėra matomi plika akimi. Pirmasis aptiktas planetinis ūkas buvo Hantelio ūkas Vulpecula žvaigždyne: Charlesas Messier, kuris ieškojo kometų, 1764 m. sudarydamas savo ūkų (stacionarių objektų, panašių į kometas stebint dangų) katalogą, jį katalogavo M27 numeriu. 1784 m. Urano atradėjas Williamas Herschelis, sudarydamas savo katalogą, nustatė juos kaip atskirą ūkų klasę (IV klasės ūkus) ir pasiūlė jiems terminą „planetinis ūkas“ dėl jų akivaizdaus panašumo į Urano diską.
Neįprasta planetinių ūkų prigimtis buvo atrasta XIX amžiaus viduryje, pradėjus naudoti spektroskopiją stebėjimuose. Williamas Hugginsas tapo pirmuoju astronomu, gavusiu planetų ūkų spektrus – objektus, kurie išsiskyrė savo neįprastumu:
„Kai kurie paslaptingiausi iš šių nuostabių objektų yra tie, kurie žiūrint teleskopiškai atrodo kaip apvalūs arba šiek tiek ovalūs diskai. … Žalsvai mėlyna jų spalva taip pat yra nuostabi, ypač reta pavienėms žvaigždėms. Be to, šiuose ūkuose nėra centrinio kondensato požymių. Remiantis šiomis savybėmis, planetų ūkai ryškiai išsiskiria kaip objektai, kurių savybės visiškai skiriasi nuo Saulės ir nejudančių žvaigždžių savybių. Dėl šių priežasčių, taip pat dėl jų ryškumo, šiuos ūkus pasirinkau kaip tinkamiausius spektroskopiniam tyrimui“.
Kita problema buvo planetinių ūkų cheminė sudėtis: Hugginsas, palyginti su standartiniais spektrais, sugebėjo identifikuoti azoto ir vandenilio linijas, tačiau ryškiausios linijos, kurių bangos ilgis buvo 500,7 nm, nebuvo pastebėtos tuomet žinomų spektrų spektruose. cheminiai elementai. Buvo pasiūlyta, kad ši eilutė atitinka nežinomą elementą. Iš anksto jam buvo suteiktas ūko pavadinimas – pagal analogiją su idėja, kuri paskatino helio atradimą atliekant Saulės spektrinę analizę 1868 m.
Prielaidos apie naujo elemento atradimą ūkas nebuvo patvirtinti. XX amžiaus pradžioje Henry Russellas iškėlė hipotezę, kad linija ties 500,7 nm atitinka ne naują elementą, o seną elementą nežinomomis sąlygomis.
Termobranduolinių reakcijų atnaujinimas leidžia sustabdyti tolesnį branduolio suspaudimą. Degantis helis netrukus sukuria inertišką šerdį, susidedančią iš anglies ir deguonies, apsuptą degančio helio apvalkalo. Termobranduolinės reakcijos, kuriose dalyvauja helis, yra labai jautrios temperatūrai. Reakcijos greitis yra proporcingas T40, tai yra, temperatūrai padidėjus vos 2%, reakcijos greitis padvigubės. Dėl to žvaigždė tampa labai nestabili: nedidelis temperatūros padidėjimas greitai padidina reakcijų greitį, padidindamas energijos išsiskyrimą, o tai savo ruožtu padidina temperatūrą. Viršutiniai degančio helio sluoksniai pradeda sparčiai plėstis, nukrenta temperatūra, sulėtėja reakcija. Visa tai gali sukelti galingą pulsaciją, kartais pakankamai stiprią, kad išstumtų į kosmosą nemaža žvaigždės atmosferos dalis.
Išmestos dujos sudaro besiplečiantį apvalkalą aplink atvirą žvaigždės šerdį. Kadangi nuo žvaigždės atimama vis daugiau atmosferos, atsiskleidžia vis gilesni sluoksniai, kurių temperatūra aukštesnė. Kai eksponuojamas paviršius (žvaigždės fotosfera) pasiekia 30 000 K temperatūrą, skleidžiamų ultravioletinių fotonų energijos pakanka jonizuoti išmestos medžiagos atomus, todėl ji švyti. Taigi debesis tampa planetiniu ūku.
Gyvenimo trukmė
Planetinio ūko materija nuskrenda nuo centrinės žvaigždės kelių dešimčių kilometrų per sekundę greičiu. Tuo pačiu metu, kai medžiaga išteka, centrinė žvaigždė atvėsta, išskirdama likusią energiją; Termobranduolinės reakcijos sustoja, nes žvaigždė nebeturi pakankamai masės palaikyti temperatūrą, reikalingą anglies ir deguonies susiliejimui. Galiausiai žvaigždė taip atvės, kad nebeskleis pakankamai ultravioletinės šviesos, kad jonizuotų išorinį dujų apvalkalą. Žvaigždė tampa balta nykštuke, o dujų debesis rekombinuoja, tampa nematomas. Tipiškam planetiniam ūkui laikas nuo susidarymo iki rekombinacijos yra 10 000 metų.
Galaktikos perdirbėjai
Planetiniai ūkai atlieka svarbų vaidmenį galaktikų evoliucijoje. Ankstyvąją Visatą daugiausia sudarė vandenilis ir helis, tačiau laikui bėgant branduolių sintezė žvaigždėse gamino sunkesnius elementus. Taigi planetinių ūkų materijoje yra daug anglies, azoto ir deguonies, o plėsdamasi ir prasiskverbdama į tarpžvaigždinę erdvę ji praturtėja šiais sunkiais elementais, astronomų paprastai vadinamais metalais.
Vėlesnėse iš tarpžvaigždinės medžiagos susiformuojančių žvaigždžių kartose bus didesnis pradinis sunkiųjų elementų kiekis; Nors jų buvimas žvaigždžių sudėtyje išlieka nereikšmingas, jos daro didelę įtaką jų evoliucijai. Žvaigždės, kurios susiformavo netrukus po Visatos susidarymo, turi palyginti nedaug metalų – jos klasifikuojamos kaip II tipo žvaigždės. Sunkiais elementais prisodrintos žvaigždės priklauso I tipo žvaigždės(Žr. Žvaigždžių populiacija).
Charakteristikos
fizinės savybės
Tipiško planetinio ūko vidutinis plotis yra vieneri šviesmečiai ir jį sudaro labai išretintos dujos, kurių tankis yra apie 1000 dalelių cm³, o tai yra nereikšminga, palyginti, pavyzdžiui, su Žemės atmosferos tankiu, bet apie 10–100. kartų didesnis už tarpplanetinės erdvės tankį Žemės orbitos atstumu nuo Saulės. Jaunų planetinių ūkų tankis yra didžiausias, kartais pasiekiantis 106 daleles cm³. Ūkams senstant, dėl jų plėtimosi mažėja jų tankis.
Centrinės žvaigždės spinduliuotė įkaitina dujas iki maždaug 10 000 laipsnių temperatūros. Paradoksalu, bet dujų temperatūra dažnai didėja didėjant atstumui nuo centrinės žvaigždės. Taip nutinka todėl, kad kuo daugiau energijos turi fotonas, tuo mažesnė tikimybė, kad jis bus sugertas. Todėl mažos energijos fotonai sugeriami vidinėse ūko srityse, o likę didelės energijos fotonai – išoriniuose regionuose, todėl jų temperatūra pakyla.
Ūkus galima suskirstyti į vargšas materijoje Ir prasta radiacija. Remiantis šia terminija, pirmuoju atveju ūkas neturi pakankamai medžiagos, kad sugertų visus žvaigždės skleidžiamus ultravioletinius fotonus. Todėl matomas ūkas yra visiškai jonizuotas. Antruoju atveju centrinė žvaigždė skleidžia nepakankamai ultravioletinių fotonų, kad jonizuotų visas aplinkines dujas, o jonizacijos frontas pereina į neutralią tarpžvaigždinę erdvę.
Kadangi didžioji dalis planetinio ūko dujų yra jonizuotos (ty plazma), magnetiniai laukai daro didelę įtaką jo struktūrai, sukeldami tokius reiškinius kaip plazmos gijos ir nestabilumas.
Kiekis ir paskirstymas
Šiandien mūsų galaktikoje, kurią sudaro 200 milijardų žvaigždžių, žinoma 1500 planetinių ūkų. Jų mažo skaičiaus priežastis yra trumpa jų gyvenimo trukmė, palyginti su žvaigždžių. Iš esmės jie visi guli Paukščių Tako plokštumoje ir daugiausia susitelkę netoli galaktikos centro, o žvaigždžių spiečių praktiškai nepastebimi.
Astronominiuose tyrimuose vietoj fotografinės juostos panaudojus CCD matricas, žinomų planetinių ūkų sąrašas gerokai praplėtė.
Struktūra
Dvipolis planetinis ūkas
Dauguma planetinių ūkų yra simetriški ir beveik sferiniai, tačiau tai netrukdo jiems turėti daug labai sudėtingų formų. Maždaug 10 % planetinių ūkų yra praktiškai dvipoliai ir tik nedidelė dalis yra asimetriški. Yra žinomas net stačiakampis planetinis ūkas. Šios formų įvairovės priežastys nėra visiškai suprantamos, tačiau manoma, kad gravitacinė sąveika tarp dvejetainių sistemų žvaigždžių gali atlikti svarbų vaidmenį. Pagal kitą versiją, egzistuojančios planetos sutrikdo tolygų medžiagos sklaidą formuojantis ūkui. 2005 m. sausio mėn. amerikiečių astronomai paskelbė pirmą kartą aptikę magnetinius laukus aplink dviejų planetinių ūkų centrines žvaigždes, o tada iškėlė hipotezę, kad jie iš dalies arba visiškai atsakingi už šių ūkų formos sukūrimą. Reikšmingą magnetinių laukų vaidmenį planetų ūkuose dar septintajame dešimtmetyje numatė Grigoris Gurzadyanas (žr., pavyzdžiui, G. A. Gurzadyan, 1993 ir ten esančias nuorodas). Taip pat yra prielaida, kad bipolinė forma gali atsirasti dėl smūginių bangų sąveikos, atsirandančios detonacijos fronto plitimo helio sluoksnyje besiformuojančios baltosios nykštukės paviršiuje (pavyzdžiui, Katės akies, Smėlio laikrodžio, Skruzdėlės ūkuose). ).
Aktualūs planetinių ūkų tyrimo klausimai
Vienas iš iššūkių tiriant planetinius ūkus yra tiksliai nustatyti jų atstumą. Kai kurių netoliese esančių planetų ūkų atstumą nuo mūsų galima apskaičiuoti naudojant išmatuotą plėtimosi paralaksą: prieš keletą metų darytose didelės raiškos nuotraukose matyti, kad ūkas plečiasi statmenai regėjimo linijai, o spektroskopinė Doplerio poslinkio analizė leis plėstis. greitis išilgai matymo linijos turi būti apskaičiuojamas. Palyginus kampinį plėtimąsi su gautu plėtimosi greičiu, bus galima apskaičiuoti atstumą iki ūko.
Tokios ūko formų įvairovės egzistavimas yra karštų diskusijų tema. Plačiai manoma, kad tai gali būti dėl sąveikos tarp materijos, tolstančios nuo žvaigždės skirtingu greičiu. Kai kurie astronomai mano, kad dvinarių žvaigždžių sistemos yra atsakingos už bent sudėtingiausias planetų ūkų formas. Naujausi tyrimai patvirtino galingų magnetinių laukų buvimą keliuose planetų ūkuose, kas jau buvo ne kartą pasiūlyta. Magnetinė sąveika su jonizuotomis dujomis taip pat gali turėti įtakos nustatant kai kurių iš jų formą.
Šiuo metu yra du skirtingi metalų aptikimo ūke metodai, pagrįsti skirtingų tipų spektro linijomis. Kartais šie du metodai duoda visiškai skirtingus rezultatus. Kai kurie astronomai yra linkę tai aiškinti silpnais temperatūros svyravimais planetiniame ūke. Kiti mano, kad stebėjimų skirtumai yra pernelyg dramatiški, kad juos būtų galima paaiškinti temperatūros poveikiu. Jie kelia hipotezę, kad egzistuoja šalti gumulėliai, kuriuose yra labai nedideli vandenilio kiekiai. Tačiau gumulėlių, kurių buvimas, jų nuomone, galėtų paaiškinti metalų kiekio įvertinimo skirtumą, niekada nebuvo pastebėta.
taip pat žr
- Planetinių ūkų sąrašas
| Tarpžvaigždinė terpė | ||
|---|---|---|
| Komponentai | Tarpžvaigždinės dujos · Tarpžvaigždinės dulkės · Kosminiai spinduliai · Magnetinis laukas |  |
| Ūkai | Išsklaidytasis (šviesus) ūkas Tamsus ūkas Emisijos ūkas Atspindys ūkas Supernovos liekana Planetinis ūkas· Protoplanetinis ūkas | |
| Žvaigždžių formavimo regionai | Molekulinis debesis Globule Regionas H II | |
| Apvalios formos dariniai | Akrecijos diskas Protoplanetinis diskas Poliarinės srovės Herbig-Haro objektas | |
| Radiacija | ||
Stebėdami dangų pro teleskopą, kartais galite užklysti į keistus ūkus su apvaliais kontūrais. Tai planetiniai ūkai – objektai, atitinkantys paskutinę tokių žvaigždžių kaip Saulė egzistavimo fazę. Tiesą sakant, kiekvienas iš jų yra sferinis dujų apvalkalas, išorinis žvaigždės sluoksnis, kurį ji išstumia praradusi savo stabilumą. Tada šie apvalkalai didėja, plečiasi ir palaipsniui silpnėja. Stebėti tokius ūkus nėra lengva: dauguma jų turi mažą paviršiaus ryškumą ir mažą kampinį dydį. Kaip ir kitiems ūkams, stebėjimui reikalingos tamsios, be mėnulio naktys. Labai retai planetinį ūką identifikuoti gali padėti maža žvaigždė, esanti jo centre ir kuri davė jam kilmę.
Žiedinis ūkas
Iš visų danguje matomų planetinių ūkų žinomiausias tarp astronomijos entuziastų yra M57 ūkas, kuris taip pat vadinasi Žiedinis ūkas. Jis yra vasaros žvaigždyne Lyra maždaug 2300 šviesmečių atstumu nuo Žemės.
Šį ūką 1779 metais atrado prancūzų astronomas Antoine'as Darquier de Pellepois. Jis apibūdino jį kaip tobulą diską, maždaug Jupiterio dydžio, bet silpnai švytintį ir panašų į nykstančią planetą. Vėliau, 1785 m., anglų astronomas Williamas Herschelis apibrėžė jį kaip „dangiškąjį orientyrą“. Jis manė, kad šis ūkas yra žvaigždžių žiedas.
Su skylute
Jūsų teleskope M57 atrodys kaip maža, apvali, miglota dėmė. Tikslinga jį žiūrėti esant vidutiniam padidinimui, pavyzdžiui, per 12,5 mm Plössl okuliarą, kuris padidina 80 kartų. Iš pirmo žvilgsnio pastebėsite apvalius kontūrus. Po kelių minučių adaptacijos, jei oras bus skaidrus ir ramus, o Mėnulis netrukdys, galėsite išsiaiškinti kai kurias detales. Padidinus padidinimą, netgi galėsite įžvelgti centrinę „skylę“, ypač jei žiūrite „išsklaidytu matymu“, tai yra, koncentruodami žvilgsnį ne į pačią „skylę“, o į jos periferiją.
Centrinė žvaigždė
Šis ūkas gimė iš jo centre esančios žvaigždės, kuri šiandien tapo baltąja nykštuke. Šios žvaigždės paviršiaus temperatūra viršija 100 000 laipsnių. Jo dydis yra 14,7, todėl jis nepasiekiamas jūsų teleskopui. Jį 1800 m. atrado vokiečių filosofas ir astronomas Friedrichas von Hahnas.
Ūkas plečiasi maždaug 20–30 km/s greičiu, todėl jo tariamasis dydis per šimtmetį didėja maždaug 1 lanko sekunde.
Ūko susidarymas
Po to, kai buvo atrasti pirmieji planetų ūkai, jų apvalūs kontūrai paskatino astronomus manyti, kad šie dangaus objektai yra susiję su kažkuo panašiu į planetas, greičiausiai dujų milžinais arba besiformuojančia planetų sistema. Dėl šios priežasties anglų astronomas Williamas Herschelis (kuris neseniai atrado Urano planetą) pasiūlė tokiems objektams terminą „planetinis ūkas“. Tikroji jų prigimtis buvo nustatyta tik XIX amžiaus viduryje dėl spektroskopijos (technikos, leidžiančios iš dangaus kūno sklindančią šviesą „padalyti“ į pagrindines spalvas). Tada tapo aišku, kad prieš mus buvo ypatingas ūko tipas.
Miršta žvaigždė
Visi planetiniai ūkai kilę iš žvaigždžių, kurios yra paskutinėse jų egzistavimo stadijose. Kaip jau minėjome, žvaigždė, kurios masė panaši į Saulės masę, po gimimo išgyvena ilgą stabilumo etapą, kurio metu ištirpsta vandenilio branduoliai ir susidaro helio branduoliai. Kai baigiasi centrinėje žvaigždės dalyje esantis vandenilis, ši dalis įkaista ir pasiekia 100 milijonų laipsnių temperatūrą. Dėl to išoriniai sluoksniai plečiasi, o vėliau atvėsta: žvaigždė virsta raudonu milžinu. Šiuo metu jis praranda stabilumą ir jo išoriniai sluoksniai gali būti išmesti. Būtent jie suformuoja sferinį apvalkalą aplink tai, kas lieka iš žvaigždės – aplink baltąją nykštuką.
Pratęsimas
Žvaigždę supantis apvalkalas plečiasi kelių dešimčių kilometrų per sekundę greičiu ir sudaro būdingos sferinės formos planetinį ūką. Tačiau planetų ūkai susiduria su gana greita pabaiga: plečiantis erdvėje jie retėja ir dėl to dangaus skliaute nebeišsiskiria. Tai trunka apie 25 000 metų – labai trumpas laikotarpis bet kurios žvaigždės gyvenime.
Planetiniai ūkai per teleskopą
Stebint planetinius ūkus, sunkumų iškyla kiek kitaip nei stebint išsklaidytus ūkus, tokius kaip Oriono ūkas. Planetiniai ūkai neturi didelių kampinių dydžių. Išskyrus Helix ūką, jie atrodo maži ir susitelkę danguje. Todėl juos gali būti sunku atskirti nuo žvaigždžių.
Sraigės ūkas
Be M57, savo teleskopu galite stebėti dar apie tuziną planetų ūkų. Pirmasis iš jų bus Vandenio žvaigždyno sraigės ūkas. Jis pasiekia įspūdingą dydį – maždaug 13 lanko minučių (tai atitinka realų maždaug 3 šviesmečių dydį).
Neatsitiktinai šis ūkas taip pat yra vienas arčiausiai Saulės sistemos esančių ūkų. Nepaisant 7,6 balo, dėl savo dydžio jis skleidžia savo švytėjimą labai plačioje naktinio dangaus srityje. Per teleskopą šis ūkas atrodo žalsvas. Tai gana silpnai matoma. Jo viduje Hablo kosminis teleskopas matė tūkstančius dujų rutulių, kurie, matyt, susidarė tuo metu, kai mirštanti žvaigždė išmetė savo išorinį apvalkalą į kosmosą.
Saturno ūkas
Tame pačiame zodiako Vandenio žvaigždyne ūkas NCG 7009, žinomas kaip Saturno ūkas, yra įdomus stebėjimui. Williamas Herschelis jį atrado 1782 m. Pagrindinis sunkumas stebint šį ūką yra jo dydis, kuris yra mažesnis nei 2 lanko minutės.
Nepaisant to, padidinus 50 kartų galite suprasti, kad tai nėra žvaigždė, o esant 100–150 kartų galite įžvelgti būdingą pailgą formą. Būtent dėl šios formos ūkas gavo savo pavadinimą, sutampantį su planetos su žiedais pavadinimu.
Kitas lengvai pasiekiamas stebėjimui ūkas yra M27 iš Vulpecula žvaigždyno. Jis taip pat vadinamas „Hantelio ūku“. Jo tariamasis skersmuo yra maždaug 8 lanko minutės, o bendras jo dydis yra 7,4. Astronomų teigimu, šis ūkas susiformavo prieš 3000-4000 metų. Esant dideliam padidinimui, galite pamatyti ją pailgą
forma, dėl kurios ji gavo savo vardą.
Taip pat yra mažesnė M27 versija, bent jau anot anglosaksų astronomų, kurie planetinį ūką M76 vadina Mažuoju Hanteliu. Mechainas jį atrado 1780 m., tačiau jo priklausymas planetiniams ūkams buvo pripažintas tik 1918 m. 16,6 balo žvaigždė M76 centre yra per silpna jūsų teleskopui.
Vaiduoklis ir Pelėda
Daug sunkiau stebėti ūką NGC3242, kuris taip pat turi keistą pavadinimą Jupiterio vaiduoklis. Tai paaiškinama tuo, kad teleskope jo skersmuo yra panašus į Jupiterio skersmenį. Naudodami 25 mm Plössl okuliarą su 40 kartų padidinimu galite jį pamatyti be didelių sunkumų, o padidinę daugiau nei 100 kartų netgi galite įžvelgti jo apvalią formą.
Ūkas M97, ketvirtasis ūkas, įtrauktas į Mesjė katalogą, taip pat turi juokingą pavadinimą. Jis yra Ursa Major žvaigždyne. Airių astronomas Williamas Warsonsas 1848 m. pavadino ją Pelėda, nes dvi tamsios dėmės jos viduje primena pelėdos akis.
Padidinus šiek tiek daugiau nei 100 kartų, galėsite įžvelgti ne tik apvalią ūko formą, bet ir dvi tamsias jo sritis. Manoma, kad M97 yra maždaug 8000 metų.
Sniego gniūžtė
Gana sunku atskirti ūką NGl 7662 arba Mėlyną sniegą danguje Andromedos žvaigždyne. Tiesą sakant, nepaisant pavadinimo, jis teleskopu turi rausvą atspalvį.
Padidinus daugiau nei 100 kartų, jo centre taip pat galite pamatyti „skylę“. Šio ūko privalumas yra tas, kad jis yra žvaigždyne, kuris vėlyvą rudenį pakyla labai aukštai mūsų danguje.
Baltieji nykštukai
Planetinį ūką NGC 1514, kurį Williamas Herschelis atrado 1790 metais Tauro žvaigždyne, labai sunku stebėti, nes jis silpnai šviečia ir vos matomas dangaus fone. Daug lengviau pastebima baltoji nykštukė jos centre, 9,4 NGC 1514 dydžio galima rasti apie 8 laipsnius į šiaurės rytus nuo Plejadžių. Kitas planetinis ūkas su balta nykštuke, matomu jūsų teleskopu, yra NGC6826, esantis Cygnus žvaigždyne. Tai mažas ir neryškus ūkas: teleskope jis atrodys kaip neryški žvaigždė ir tik padidinus padidinimą iki maksimalaus galėsite pamatyti jo apskritą apvalkalą. Tačiau jei dangus labai tamsus, jo centre galite pastebėti 10,4 balo žvaigždę.
Tą patį galima pasakyti ir apie planetinį ūką NGC2392, dar vadinamą Eskimų ūku, esantį Dvynių žvaigždyne. Mažo, neryškaus melsvo ūko viduje bus matoma 10,5 balo baltoji nykštukė.
Hablo matyti planetų ūkai
Daugelis planetų ūkų, deja, lieka neprieinami mėgėjų teleskopu. Nors dažnai kalbame apie nuostabius, labai įspūdingus objektus, vienus gražiausių danguje. Hablo kosminis teleskopas nufotografavo kai kuriuos iš šių ūkų, todėl galime įvertinti jų nuostabias spalvas ir keistas formas.
Nors pro teleskopą jų stebėti ir nepavyks, verta pakalbėti apie įspūdingiausius ir įdomiausius planetinius ūkus.
Katės akis
Galite pradėti nuo Katės akies ūko (NGC 6543) Drako žvaigždyne. 1864 metais Williamas Hogginsas ištyrė jo šviesą spektroskopu (tuomet pirmą kartą tokia analizė buvo atlikta planetos ūkui). Nors jis buvo atrastas dar 1786 m., tik neseniai Hablo teleskopas atskleidė jo sudėtingą ir subtilią struktūrą, kurią sudaro koncentriniai dujų apvalkalai, upeliai ir mazgeliai. Astronomai padarė išvadą, kad maždaug kas 1500 metų centrinė žvaigždė išmeta naują apvalkalą. Nuotraukos, darytos maždaug 10 metų skirtumu, parodė, kad ūkas plečiasi.
Ūkas NGC 6369 yra Ophiuchus žvaigždyne, 2000–5000 šviesmečių atstumu. Jos mėlynai žalias žiedas, kurio skersmuo yra maždaug 1 šviesmetis, žymi regiono kraštą, kuriame žvaigždės ultravioletinė šviesa jonizavo dujas, ty atėmė elektronus iš atomų. Išorinė ūko dalis turi ryškesnį raudoną atspalvį, nes didesniu atstumu nuo žvaigždės jonizacijos procesas yra ne toks intensyvus. Debesis plečiasi maždaug 20 km/s greičiu. Dėl šios priežasties jis išsisklaidys tarpžvaigždinėje erdvėje ir išnyks po maždaug 10 000 metų.
Kosmose esantys ūkai yra vienas iš Visatos stebuklų, stulbinantis savo grožiu. Jie vertingi ne tik dėl savo vizualinio patrauklumo. Ūkų tyrimas padeda mokslininkams išsiaiškinti erdvės ir jos objektų funkcionavimo dėsnius, koreguoti teorijas apie Visatos raidą ir žvaigždžių gyvavimo ciklą. Šiandien apie šiuos objektus žinome daug, bet ne viską.
Dujų ir dulkių mišinys
Gana ilgą laiką, iki praėjusio amžiaus vidurio, ūkai buvo laikomi dideliais atstumais nuo mūsų. Spektroskopo naudojimas 1860 m. leido nustatyti, kad daugelis jų susideda iš dujų ir dulkių. Anglų astronomas W. Hegginsas atrado, kad ūkų sklindanti šviesa skiriasi nuo įprastų žvaigždžių spinduliuotės. Pirmojo spektre yra ryškių spalvų linijų, susimaišiusių su tamsiomis, o antruoju atveju tokių linijų nepastebima.
Tolesni tyrimai atskleidė, kad Paukščių Tako ir kitų galaktikų ūkai daugiausia sudaryti iš karšto dujų ir dulkių mišinio. Dažnai susiduriama su panašiais šaltais dariniais. Tokie tarpžvaigždinių dujų debesys taip pat priklauso ūkams.
klasifikacija
Atsižvelgiant į ūką sudarančių elementų savybes, išskiriami keli tipai. Visi jie gausiai atstovaujami kosmoso platybėse ir yra vienodai įdomūs astronomams. Ūkai, dėl vienokių ar kitokių priežasčių skleidžiantys šviesą, dažniausiai vadinami difuziniais arba šviesiais. Tie, kurie jiems yra priešingi pagal pagrindinį parametrą, natūraliai vadinami tamsiais. Difuziniai ūkai yra trijų tipų:
atspindintis;
emisija;
supernovos likučiai.
Emisijos ūkai savo ruožtu skirstomi į naujų žvaigždžių formavimosi regionus (H II) ir planetinius ūkus. Visi šie tipai pasižymi tam tikromis savybėmis, dėl kurių jie yra unikalūs ir verti atidaus tyrimo.
Žvaigždžių formavimosi regionai
Visi emisijos ūkai yra įvairių formų šviečiančių dujų debesys. Pagrindinis jų elementas yra vandenilis. Veikiamas žvaigždės, esančios ūko centre, jis jonizuojasi ir susiduria su sunkesnių debesies komponentų atomais. Šių procesų rezultatas – būdingas rausvas švytėjimas.
Erelio ūkas arba M16 yra puikus tokio tipo objektų pavyzdys. Čia yra žvaigždžių formavimosi regionas, daug jaunų ir masyvių karštų žvaigždžių. Erelio ūke yra gerai žinoma erdvės dalis – Kūrybos stulpai. Šios dujų sankaupos, susidarančios veikiant žvaigždžių vėjui, yra žvaigždžių formavimosi zona. Žvaigždžių susidarymą čia sukelia dujų ir dulkių stulpelių suspaudimas veikiant gravitacijai.
Neseniai mokslininkai sužinojo, kad kūrybos stulpais galėsime grožėtis dar tūkstantį metų. Tada jie išnyks. Tiesą sakant, stulpai buvo sunaikinti maždaug prieš 6000 metų dėl supernovos sprogimo. Tačiau šviesa iš šio kosmoso regiono mus pasiekia apie septynis tūkstančius metų, todėl astronomų apskaičiuotas įvykis mums yra tik ateities reikalas.
Planetiniai ūkai
Kito tipo šviečiančių dujų ir dulkių debesų pavadinimą pristatė W. Herschelis. Planetinis ūkas yra paskutinė žvaigždės gyvavimo stadija. Šviestuvo išmesti apvalkalai sudaro būdingą raštą. Ūkas primena diską, kuris paprastai supa planetą, kai žiūrima pro mažą teleskopą. Šiandien tokių objektų žinoma daugiau nei tūkstantis.
Planetiniai ūkai yra dalis transformacijos į Darinio centre yra karšta žvaigždė, savo spektru panaši į O klasės šviesulius. Jos temperatūra siekia 125 000 K. Planetiniai ūkai paprastai yra santykinai mažo dydžio – 0,05 parsekų. Dauguma jų yra mūsų galaktikos centre.
Žvaigždės išmesto dujų apvalkalo masė yra maža. Tai yra dešimtoji Saulės. Dujų ir dulkių mišinys tolsta nuo ūko centro 20 km/s greičiu. Apvalkalas egzistuoja maždaug 35 tūkstančius metų, o vėliau tampa labai retas ir neišsiskiriantis.
Ypatumai
Planetinis ūkas gali būti įvairių formų. Iš esmės, vienaip ar kitaip, jis yra arti kamuolio. Ūkai yra apvalūs, žiedo, hantelio formos ir netaisyklingos formos. Tokių kosminių objektų spektrai apima šviečiančių dujų ir centrinės žvaigždės emisijos linijas, taip pat kartais žvaigždės spektro sugerties linijas.
Planetinis ūkas skleidžia milžiniškus energijos kiekius. Jis yra žymiai didesnis nei centrinės žvaigždės. Darinio šerdis dėl aukštos temperatūros skleidžia ultravioletinius spindulius. Jie jonizuoja dujų atomus. Dalelės įkaista, o vietoj ultravioletinių spindulių pradeda skleisti matomus spindulius. Jų spektre yra emisijos linijų, apibūdinančių visą formaciją.
Katės akies ūkas
Gamta meistriškai kuria netikėtas ir gražias formas. Šiuo atžvilgiu pažymėtinas planetinis ūkas, dėl savo panašumo vadinamas Katės akies ūku (NGC 6543). Jis buvo atrastas 1786 m. ir buvo pirmasis, kurį mokslininkai atpažino kaip švytinčių dujų debesį. Katės akies ūkas yra ir turi labai įdomią sudėtingą struktūrą.
Ji susiformavo maždaug prieš 100 metų. Tada centrinė žvaigždė nusimetė savo apvalkalus ir susidarė koncentrinės dujų bei dulkių linijos, būdingos objekto modeliui. Iki šiol išraiškingiausios centrinės ūko struktūros susidarymo mechanizmas lieka neaiškus. Tokio modelio atsiradimą gerai paaiškina dvigubos žvaigždės vieta ūko šerdyje. Tačiau kol kas nėra informacijos, patvirtinančios šią padėtį.
NGC 6543 aureolės temperatūra yra maždaug 15 000 K. Ūko šerdis įkaista iki 80 000 K. Be to, centrinė žvaigždė kelis tūkstančius kartų šviesesnė už Saulę.
Kolosalus sprogimas
Masyvios žvaigždės dažnai baigia savo gyvavimo ciklą įspūdingais „specialiaisiais efektais“. Dėl nepaprastai galingų sprogimų žvaigždė praranda visus išorinius apvalkalus. Jie tolsta nuo centro 10 000 km/s greičiu. Judančios medžiagos susidūrimas su statine stipriai padidina dujų temperatūrą. Dėl to jo dalelės pradeda švytėti. Dažnai supernovos liekanos yra ne sferiniai dariniai, kas atrodo logiška, o labai skirtingų formų ūkai. Taip atsitinka dėl to, kad milžinišku greičiu išmetama medžiaga netolygiai formuoja krešulius ir sankaupas.
Pėdsakas iš tūkstančio metų
Bene garsiausias supernovos likutis yra Krabo ūkas. Ją pagimdžiusi žvaigždė sprogo beveik prieš tūkstantį metų – 1054 m. Tiksli data buvo nustatyta iš Kinijos kronikų, kur jos blyksnis danguje yra gerai aprašytas.
Būdingas krabų ūko modelis yra sudarytas iš supernovos išmestų dujų, kurios dar nėra visiškai sumaišytos su tarpžvaigždine medžiaga. Objektas yra 3300 šviesmečių atstumu nuo mūsų ir nuolat plečiasi 120 km/s greičiu.
Krabo ūko centre yra supernovos liekana – neutroninė žvaigždė, kuri skleidžia elektronų srautus, kurie yra nuolatinės poliarizuotos spinduliuotės šaltiniai.
Atspindintys ūkai
Kitas šių kosminių objektų tipas susideda iš šalto dujų ir dulkių mišinio, kuris pats negali skleisti šviesos. Atspindintys ūkai šviečia dėl netoliese esančių objektų. Tai gali būti žvaigždės ar panašūs išsklaidyti dariniai. Išsklaidytos šviesos spektras išlieka toks pat kaip ir jos šaltinių, tačiau stebėtojui jame vyrauja mėlyna šviesa.
Labai įdomus tokio tipo ūkas yra susijęs su žvaigžde Merope. Žvaigždė iš Plejadžių spiečiaus jau kelis milijonus metų naikina praeinantį molekulinį debesį. Dėl žvaigždės įtakos ūko dalelės išsidėsto tam tikra seka ir traukiamos jo link. Po kurio laiko (tikslus laikotarpis nežinomas) Merope gali visiškai sunaikinti debesį.
Tamsus arklys
Difuzinės formacijos dažnai kontrastuojamos su sugerties ūku. Galaktikoje jų yra daug. Tai labai tankūs dulkių ir dujų debesys, sugeriantys už jų išsidėsčiusių emisijos ir atspindžio ūkų bei žvaigždžių šviesą. Šios šaltos erdvės dariniai daugiausia sudaryti iš vandenilio atomų, nors juose yra ir sunkesnių elementų.
Puikus šio tipo atstovas yra It ūkas, esantis Oriono žvaigždyne. Būdinga ūko forma, tokia panaši į arklio galvą, susidarė dėl žvaigždžių vėjo ir radiacijos įtakos. Objektas aiškiai matomas dėl to, kad fonas yra ryškus emisijos darinys. Tuo pačiu metu Arklio galvos ūkas yra tik nedidelė dalis išsiplėtusio, sugeriančio dulkių ir dujų debesies, kuris praktiškai nematomas.
Hablo teleskopo dėka ūkai, įskaitant planetinius, šiandien yra žinomi daugeliui žmonių. Erdvės sričių, kuriose jie yra, fotografiniai vaizdai yra labai įspūdingi ir nepalieka abejingų.
