Созвездие дракон туманность кошачий глаз

Туманность Кошачий Глаз

Это планетарная туманность, которая находится в созвездии Дракона. Другое название NGC 6543.
Её открыл известный учёный Уильям Гершель в 1786 году. Однако изучил спектр туманности Уильям Хаггинс. Интересно, что произошло это лишь в 1864 году. К тому же Хаггинс был простым астрономом-любителем.

Сэр Уильям Хаггинс

Хотя удалена туманность от Земли примерно на 3300 световых лет. На удивление, она её довольно хорошо изучили. Однако структура Кошачьего глаза очень сложная.
Как и большинство подобных космических объектов она состоит из водорода и гелия. Разумеется, имеется ядро, которое довольно плотное и яркое. К тому же, туманность содержит обширное гало с более высокой температурой, чем ядро.

Туманность Кошайчий глаз

Интересно, что главная звезда Кошачьего глаза в 10 тысяч раз ярче нашего Солнца. Хотя по размеру она меньше его во много раз.
Как образовалась структура туманности, к сожалению, пока точно не установили.
Предположительно, яркая область возникла благодаря сильному солнечному ветру от главной звезды и веществом, которое образовалось при рождении туманности. Более того, такое сочетание выбрасывает рентгеновское излучение.

Туманность Кошайчий глаз (фото Хаббла)

Как оказалось, за яркой частью располагаются концентрические кольца. Возможно, они появились раньше самой туманности. Что удивительно, они равномерно распределены в пространстве. Вероятно, потому что звезда выбрасывала их с одной скоростью и через одинаковые промежутки времени.
Согласно астрономическим данным, Кошачий глаз имеет высокое склонение. По этой причине её хорошо видно из северного полушария Земли.

Кошачий глаз

Очевидно, туманность получила своё название благодаря выброшенной материи, которая напоминает глаз кота. И надо сказать, что это невероятно красивое зрелище.
Несмотря на то, что Кошачий глаз изучают, это всё ещё большая загадка для учёных. Хотя, можно сказать, что это типичная планетарная туманность. Но её непростая структура и особенности оставляют немало вопросов.

Источник

Туманность Кошачий Глаз

История исследования Открыватель

3,3 ± 0,9 тыс. св. года (1,0 ± 0,3 к пк)

Туманность «Кошачий Глаз» или NGC 6543 — планетарная туманность в созвездии Дракона. Это одна из самых сложных по структуре туманностей. На снимках, сделанных с высоким разрешением телескопом Хаббла, видно множество сплетений, выбросов и ярких дугообразных элементов.

Современные исследования выявили несколько загадок. Сложность структуры обычно объясняется корональными выбросами в двойной звёздной системе в центре туманности, но прямых свидетельств, что центральная звезда имеет компаньона, не найдено. Также, в ходе анализа химического состава различными методами были получены противоречивые данные. Причина этих расхождений неясна.

Содержание

Общая информация

Туманность была обнаружена Уильямом Гершелем 15 февраля 1786 года. Она стала первой планетарной туманностью, у которой был изучен спектр. Это сделал английский астроном-любитель Уильям Хаггинс в 1864 году.

Ещё в 1864 г. английский астроном Геггинс избрал туманность в Драконе «пробным камнем» для первых спектроскопических наблюдений этих загадочных объектов. Спектральный анализ ещё только зарождался, и Геггинс наблюдал спектр туманности Дракона визуально, присоединив спектроскоп к окулярной части телескопа. Велико было его удивление, когда вместо привычной радужной полоски спектра поглощения, характерного для большинства звезд, он увидел только три яркие разноцветные линии на совершенно темном фоне. Вопреки ожиданиям, туманность Дракона оказалась состоящей не из звезд, а из светящихся газов. Впервые спектроскоп доказал, что в мировом пространстве, кроме звезд и планет, есть исполинские облака разреженных и светящихся газов.

NGC 6543 хорошо изучена. Она относительно яркая (звёздная величина составляет 8,1 m ), кроме того, имеет высокую поверхностную яркость. Её высокое склонение означает, что она легко доступна для наблюдений из северного полушария, где исторически располагается большинство телескопов. Она находится почти по направлению на северный полюс Эклиптики.

Размер внутренней яркой области составляет 20 секунд в диаметре (Reed et al. 1999) , [уточнить] однако у туманности имеется обширное гало, которое сбросила порождающая звезда на стадии красного гиганта. Эта область имеет размер в 386 секунд, или 6,4 минуты.

Было установлено, что «ядро» туманности имеет плотность около 5000 частиц/см³ и температуру около 8000 К. (Wesson & Liu 2004) Температура гало выше — 15 000 К, а плотность значительно ниже.

Центральная звезда имеет класс O с температурой 80 000 К. Она примерно в 10 000 раз ярче Солнца, в то время как её радиус составляет 0,65 от солнечного. Спектроскопические исследования выявили, что в настоящее время эта звезда теряет массу, излучая интенсивный солнечный ветер, со скоростью 3,2·10 −7 солнечных масс в год, или 20 триллионов тонн в секунду. Скорость ветра достигает 1900 км/с. Расчёты показали, что текущая масса звезды чуть превышает солнечную, но изначально она была почти в 5 раз больше неё. (Bianchi, Cerrato & Grewing 1986)

Наблюдения в рентгеновских лучах

Недавние наблюдения в рентгеновском диапазоне с помощью рентгеновской обсерватории Чандра показали наличие чрезвычайно горячего газа в NGC 6543 с температурой 1,7×10 6 K. Изображение в верхней части этого раздела представляет собой сочетание оптических изображений с космического телескопа Хаббл и рентгеновских снимков с телескопа Чандра. Считается, что сам горячий газ является результатом взаимодействия мощного звездного ветра с материалом, который был исторгнут ранее. Это взаимодействие создало внутренний пузырь туманности.

Наблюдения обсерватории Чандра также показали наличие точечного источника в в районе центральной звезды. Спектр этого источника распространяется на жесткую часть спектра рентгеновского излучения, до 0,5-1,0 кэВ. Для звезды с температурой фотосферы около 100 000 K не следует ожидать сильного излучения в жестких рентгеновских лучах, и поэтому его присутствие является загадкой. Это может свидетельствовать о наличии высокой температуры аккреционного диска в двойной звездной системе.

Расстояние

Измерение точных расстояний до планетарных туманностей всегда представляло собой проблему. Многие методы, применяющиеся для этого, основываются на общих предположениях и могут быть неточны в конкретных случаях.

Однако в последние годы использование телескопа Хаббла позволило ввести новый метод определения расстояний. Все планетарные туманности расширяются, поэтому наблюдения с достаточным угловым разрешением, совершаемые с промежутком в несколько лет, отмечают увеличение видимых размеров туманностей. Обычно это увеличение очень мало — всего лишь несколько миллисекунд в год или меньше. С помощью спектроскопических наблюдений, используя эффект Допплера, можно вычислить линейную скорость расширения вдоль луча зрения. Затем, сравнив угловую скорость роста с линейной, можно рассчитать расстояние до туманности.

В 1994 и 1997 годах NGC 6543 была исследована по этому методу. Её угловое расширение оказалось равным примерно 10 миллисекунд в год, а линейное — 16,4 км/с. В конечном итоге было установлено, что расстояние до туманности приблизительно равно 1000 парсекам (или 3300 световым годам, или 3·10 16 км). (Reed et al. 1999)

Возраст

По угловой скорости расширения можно также определить возраст туманности. Почти все проведённые измерения говорят о том, что если оно происходило с постоянной скоростью, то от начала образования прошло около 1000 лет. (Reed et al. 1999) Поскольку вновь выбрасываемое вещество встречает на своём пути сопротивление в виде уже имеющегося (выделенного на ранних стадиях эволюции), этот срок следует считать верхним пределом возраста туманности.

В то же время оказалось, что внешние пиковидные части туманности имеют бо́льший возраст — равный примерно 1600 годам. [уточнить] Скорее всего, они образовались из вещества, выброшенного звездой ещё до образования самой туманности.

Состав

Как и для большинства далёких астрономических объектов, главные составляющие NGC 6543 — это водород и гелий, в то время как более тяжёлые элементы присутствуют в гораздо меньших количествах. Точный состав может быть определён на основании спектроскопических наблюдений. Все включения обычно описываются по отношению к водороду, самому распространённому элементу.

Различные исследования обычно дают неодинаковые данные по элементному составу. Часто это происходит из-за того, что спектрографы телескопов не могут собрать весь свет, исходящий от исследуемых объектов, а принимают лишь его долю через диафрагму или апертуру объектива. Следовательно, при разных наблюдениях захватываются разные части туманностей.

Но в случае с NSG 6543 результаты измерений в целом сходятся. Содержание гелия относительно водорода составляет 0,12, углерода, как и азота, — 3·10 −4 , и кислорода — 7·10 −4 . Это чисто типичные соотношения для планетарных туманностей. Относительное содержание и углерода, и азота, и кислорода выше, чем у нашего Солнца, так как атмосфера звёзд насыщается этими элементами, получающимися в процессе ядерного синтеза, уже ближе к стадии планетарной туманности. (Wesson & Liu 2004) (Hyung et al. 2000)

Тщательный спектроскопический анализ NGC 6543 показал, что она может содержать небольшое количество вещества, значительно обогащённого тяжёлыми элементами.

Развитие и морфология

В плане структуры, Кошачий глаз — очень сложная туманность, и механизм или механизмы, приведшие к такому сложному строению, до конца не поняты.

На структуру яркой области туманности преимущественно влияет взаимодействие между быстрым солнечным ветром центральной звезды и веществом, выброшенным на стадии образовании туманности. Это взаимодействие также порождает рентгеновское излучение. Солнечный ветер «выдувает» к внешним границам массы вещества, находящиеся внутри «пузыря» туманности, и в будущем может привести к его разрыву с двух сторон. (Balick & Preston 1987)

Предполагается, что центральная звезда туманности может быть двойной. Существование аккреционного диска, вызванного передачей вещества между компонентами системы, в свою очередь, могло привести к образованию полярных струйных течений, взаимодействующих с окружающей материей, выброшенной ранее. С течением времени направление течений изменялось бы под влиянием прецессии. (Miranda & Solf 1992)

За пределами яркой области туманности различим ряд концентрических колец, которые, предполагается, были выброшены звездой перед началом формирования туманности, на стадии красного гиганта по диаграмме Герцшпрунга — Рассела. Эти кольца распределены равномерно, это указывает на то, что они были выброшены через одинаковые интарвалы времени и с одинаковой скоростью. (Balick, Wilson & Hajian 2001)

Открытые вопросы

Несмотря на активное изучение, туманность Кошачий Глаз хранит много загадок. Похоже, что концентрические кольца, окружающие туманность, были выброшены с интервалами в несколько сотен лет — время, которое сложно объяснить. Считается, что тепловые пульсации, в первую очередь ответственные за образование планетарных туманностей, происходят с интервалом в несколько десятков тысяч лет, а более мелкие поверхностные пульсации — от нескольких лет до десятков лет. Таким образом, механизм, ответственный за выброс вещества с обнаруженным периодом в этой туманности, ещё не известен науке.

Спектры планетарных туманностей состоят из линий испускания. Эти линии могут образоваться либо из-за столкновительного возбуждения ионов туманности, либо из-за рекомбинации электронов с ионами. Линии, возникшие по первой причине, обычно значительно сильнее выражены; это исторически служит для определения содержания элементов. Однако исследования показывают, что для NGC 6543 содержания, вычисленные по линиям рекомбинации, примерно в 3 раза выше, чем те, что были вычислены по линиям столкновения. (Wesson & Liu 2004) О причинах этого расхождения ведутся споры.

Источник

Туманность Кошачий Глаз

В Туманность Кошачий глаз ( NGC +6543 ) представляет собой планетарную туманность в созвездии Дракона в северном небе. Структурно это одна из самых сложных туманностей из известных. Изображения с высоким разрешением, полученные с космического телескопа Хаббл, показали необычные структуры, такие как узлы, струи и арочные элементы. Визуально он похож на кошачий глаз и назван соответствующим образом.

Она была открыта 15 февраля 1786 года немецко-британским астрономом Вильгельмом Гершелем и была первой планетарной туманностью, спектр которой был исследован ( астроном-любитель Уильямом Хаггинсом в 1864 году).

Оглавление

Общая информация

NGC 6543 — очень тщательно изученная планетарная туманность. Он имеет звездную величину 8,1 и поэтому не виден невооруженным глазом. Но у него очень высокая поверхностная яркость . Его прямое восхождение 17h 58.6м, склонение 66 ° 38 ′. Его высокое склонение означает, что его можно легко наблюдать из северного полушария , где расположено большинство больших телескопов . NGC 6543 расположена почти на северном полюсе орбиты Земли и поэтому также известна под более старым названием туманность Северный полюс Эклиптики .

Хотя диаметр яркой внутренней части очень мал, около 20 угловых секунд , вокруг туманности также есть гало в 6,4 угловых минуты , которое было выброшено из ее старой звезды, когда она была красным гигантом.

Основной корпус имеет плотность около 5000 частиц на кубический сантиметр и температуру около 8000 К . Внешний гало имеет температуру 15 000 К и гораздо меньшую плотность.

Центральная звезда является звездой O-типа и имеет температуру 80 000 К. Она кажется примерно в 10 000 раз ярче, чем наше Солнце, но имеет радиус всего в 0,65 раза больше радиуса нашего Солнца.

Путем спектроскопического анализа было показано, что он в настоящее время теряет массу от своего быстрого звездного ветра . Это примерно 3,2 × 10 −7 солнечных масс в год — 20 триллионов тонн в секунду. Скорость ветра 1900 км / с. Расчеты показали, что звездная масса всего лишь немногим больше одной солнечной массы, но расчеты предполагают, что изначально она имела 5 солнечных масс.

наблюдение

Туманность была открыта 15 февраля 1786 года Вильгельмом Гершелем и была первой планетарной туманностью, спектр которой исследовал астроном-любитель Уильям Хаггинс в 1864 году. Наблюдения Хаггинса были первыми, кто предположил, что он состоит из чрезвычайно разреженного газа. После этих ранних наблюдений NGC 6543 изучалась по всему электромагнитному спектру .

Инфракрасные наблюдения

Наблюдения за NGC 6543 в инфракрасном диапазоне показывают, что межзвездная пыль присутствует в областях с низкими температурами. Считается, что он образовался в заключительной фазе первоначальной центральной звезды. Пыль поглощает свет центральной звезды и преобразует его в инфракрасный свет. По инфракрасному спектру пыли было подсчитано, что она имеет температуру около 70 К.

Инфракрасное излучение также указывает на существование неионизированного материала, такого как молекулярный водород (H ₂ ). Во многих планетарных туманностях излучение молекул на краю туманности является наибольшим, однако в NGC 6543 наиболее сильное излучение, по-видимому, исходит от молекулярного водорода вокруг внутренней части внешнего гало. Одной из причин может быть столкновение различных быстрых ударных волн, которые содержат H ₂ .

Оптические и ультрафиолетовые наблюдения

NGC 6543 была тщательно изучена в ультрафиолетовом и оптическом диапазонах длин волн . Изображения этих длин волн используются для визуализации сложной структуры туманности. Напротив, для определения химического состава используются спектроскопические наблюдения.

Изображение, полученное космическим телескопом Хаббла, не показывает цвета туманности, как в действительности. Он был создан, чтобы показать распределение высоких и низких уровней ионизации . Для этого были наложены три изображения, на которых показан простой ионизированный водород с длиной волны 656,3 нм , ионизированный азот с длиной волны 658,3 нм и ионизированный кислород с длиной волны 500,7 нм. Поскольку цвета отдельных длин волн — красный, красный и зеленый, для лучшего различения им были назначены 3 канала — красный, зеленый и синий. В углах изображения можно увидеть две области плохо ионизированного материала.

Рентгеновское наблюдение

Существование чрезвычайно горячего газа в NGC 6543 было установлено в 2001 году путем наблюдения рентгеновских лучей с помощью рентгеновского телескопа Чандра . Изображение в начале статьи представляет собой комбинацию оптических изображений, полученных с космического телескопа Хаббл, и рентгеновских данных, полученных с телескопа Чандра. Считается, что очень горячий газ создается из-за сильного взаимодействия между звездным ветром и выброшенным материалом. Это также привело к полому внутри туманности.

Наблюдения с Чандрой позволили идентифицировать точечный источник в месте расположения центральной звезды. Однако звезды обычно не излучают рентгеновские лучи настолько сильно, что их существование невозможно объяснить. Это могло указывать на наличие горячего аккреционного диска в двойной звездной системе.

расстояние

Давней проблемой планетарных туманностей было определение расстояний. Многие передовые методы основаны на предположениях, которые могут быть неприменимы к планетным туманностям.

За последние несколько лет космический телескоп Хаббл представил новый способ определения расстояний. Поскольку все планетарные туманности расширяются, это также можно определить с помощью телескопов высокого разрешения , которые делали снимки в течение нескольких лет. Изменение обычно очень небольшое (несколько тысячных долей угловой секунды или даже меньше). С помощью эффекта Доплера спектроскопический анализ может быть использован для определения скорости расширения туманности в направлении линии наблюдения. Если вы сравните этот экстент с изменением угла, который туман принимает в небе, вы можете определить расстояние.

Для определения расстояния были использованы изображения NGC 6543, сделанные космическим телескопом Хаббл, возрастом несколько лет. Его расширение в небе увеличивается ежегодно примерно на 10 тысячных долей дуги, а расширение в сторону линии наблюдения составляет 16,4 км / с. Был сделан вывод, что NGC 6543 находится примерно в 1000 парсек (3 × 10 19 м) от Земли.

Возраст

Изменение размера также можно использовать для определения возраста. Предположим, что туманность всегда расширялась с сегодняшней скоростью 10 тысячных дуги в год. Поскольку сегодня его диаметр составляет 20 угловых секунд, его возраст составляет 1000 лет. Однако это только верхний предел, поскольку расширение постоянно замедляется. Это происходит в результате столкновения с выбросом материала из более ранней фазы жизни звезды или в результате столкновения с межзвездной средой .

сочинение

NGC 6543 состоит в основном из водорода и гелия и очень небольшого количества тяжелых элементов ( металлов ). Однако результаты разных анализов отложений могут отличаться. Причина кроется в очень маленькой апертурной диафрагме спектроскопов телескопов. Они воспринимают только очень малую часть туманности и поэтому в большинстве случаев не наблюдают одни и те же части туманности.

Отношение гелия к водороду составляет 0,12, к углероду и азоту по 3 × 10 -4 и к кислороду 7 × 10 -4 . Эти детали типичны для планетарных туманностей. В нем больше углерода, азота и кислорода, чем на Солнце , так как синтез гелия обогатил звездную атмосферу этими тяжелыми элементами до того, как она была выброшена в виде планетарной туманности.

Тщательный спектроскопический анализ NGC 6543 может показать, что в туманности есть небольшие области, которые сильно обогащены тяжелыми элементами. Это обсуждается ниже.

Движение и форма

NGC 6543 — очень сложная туманность, и механизмы, которые привели к ее сложной форме, до конца не изучены.

Взаимодействие звездного ветра с выброшенным веществом является основной причиной появления ярких участков туманности. Это приводит к испусканию рентгеновских лучей. Звездный ветер выдолбил внутренний пузырь туманности, в результате чего пузырь прорвался с обоих концов.

Также считается, что центральная звезда является частью двойной звездной системы . Аккреционный диск может быть вызван массообмен между этими двумя звездами. Это могло привести к образованию полярных струй , которые затем повлияли на материал, который был выброшен ранее. Прецессии постепенно меняет направление струй.

За пределами более светлой внутренней области вы можете увидеть до одиннадцати концентрических колец, которые оттолкнулись до образования планетарной туманности. В то время звезда находилась в асимптотической гигантской боковой ветви диаграммы Герцшпрунга-Рассела . Равномерное распределение колец предполагает механизмы, которые выбрасывают материал колец через очень равные промежутки времени и с очень одинаковой скоростью.

Еще дальше, на очень большом расстоянии от звезды, вокруг нее есть большой слабый ореол. Она также образовалась до того, как образовалась главная туманность.

Текущий предмет исследования

Хотя туманность Кошачий глаз изучена очень тщательно, многие вопросы все еще остаются. Концентрические кольца вокруг внутренней туманности выбрасывались с интервалом в несколько сотен лет. Эту продолжительность трудно объяснить. Пульсации, генерируемые теплом, которые существуют в начале планетарных туманностей, имеют временной интервал в несколько десятков тысяч лет, в то время как более мелкие пульсации на поверхности происходят только каждые несколько десятилетий. Механизм, который смог сформировать концентрические кольца вокруг туманности Кошачий глаз в этот период, неизвестен.

Спектр планетарных туманностей состоит из эмиссионных линий . Они возникают либо при столкновении возбужденных ионов, либо при рекомбинации электронов с ионами. Линии столкновения намного сильнее линий рекомбинации и поэтому ранее использовались для определения химического состава. Согласно недавним исследованиям, встречаемость, определяемая линиями рекомбинации в спектре NGC 6543, примерно в три раза выше, чем обнаруженная линиями столкновения. Причина этих различий спорна. Объяснения варьируются от некоторых областей, которые содержат много материала, от тяжелых элементов до изменяющихся размеров температурных колебаний в тумане.

Источник