Планетарные туманности

Рис. Планетарная туманность Хеликс в созвездии Водолея

Некоторые звезды являются своего рода наглядной иллюстрацией того, как красные гиганты могут превращаться в белые карлики. Эти звезды окружены горячей газовой оболочкой, которая по своим свойствам напоминает газовую туманность. По своему внешнему виду при наблюдениях в телескоп такие объекты имеют достаточное сходдство с дисками планет, поэтому называются планетарными туманностями. В центре каждой из них всегда можно найти ядро – горячую звезду, спектр которой очень напоминает спектр звезд Вольфа - Райе или звезд класса О. Одной из самых близких и крупных из таких объектов является планетарная туманность Хеликс, которая находится в созвездии Водолея, имеющая видимый размер вдвое меньше Луны. Это соответствует истинным размерам туманности почти в 3 пс при расстоянии в 700 пс. Другой известной планетарной туманностью является кольцевая туманность в созвездии Лиры. Большинство планетарных туманностей, которых в настоящее время обнаружено около 1000, имеют гораздо меньшие размеры, в среднем около 0,05 пс, и концентрируются в основном около центра Галактики.

Рис. Планетарная туманность в созвездии Лиры

Спектры планетарных туманностей представляют собой довольно слабый континуум, на фоне которого заметны яркие эмиссионные линии. Сильнее всего выделяются запрещенные линии однажды и дважды ионизованных кислорода и азота (особенно небулярные линии N1 и N2), линии водорода и нейтрального гелия. Внешний вид планетарных туманностей обычно представляет собой симметричную форму, часто напоминающую кольца. Исходя из этого, можно сделать вывод, что планетарная туманность представляет собой оболочку из очень разреженного ионизованного газа, которая окружает звезду и имеющая, вероятно, форму тороида. По смещениям линий в спектре таких оболочек обнаружено, что они постоянно расширяются в среднем со скоростью примерно в несколько десятков километров в секунду. При этом полное количество энергии, которую излучает вся планетарная туманность, в несколько десятков раз больше, чем энергия, которую излучает ядро в видимой области спектра. Поскольку центральная звезда достаточно горячая и имеет температуру в десятки тысяч градусов, максимум ее излучения находится в невидимой ультрафиолетовой части спектра. Благодаря жесткому излучению ядра ионизуется разреженный газ туманности и нагревает его до очень высокой температуры, которая достигает от десяти до двадцати тысяч градусов. Вместо него атомы туманности испускают видимое излучение, спектр которого содержит наблюдаемые эмиссионные линии и слабое непрерывное свечение.

Рис. Планетарная туманность NGC 2440

Вероятно, планетарные туманности – это определенная стадия эволюции некоторых типов звезд, возможно, похожих на неправильные переменные типа RV Тельца. В этой стадии звезда сбрасывает с себя оболочку и обнажает свои горячие недра. Этот процесс, судя по скорости расширения оболочки, должен происходить по космическим меркам очень быстро (около 20 000 лет). За это время внутри звезды также могут происходить существенные изменения. Есть основания предполагать, что, пройдя стадию планетарных туманностей, некоторые звезды могут превращаться в белые карлики.
В последние десятилетия благодаря снимкам, полученным космическим телескопом «Хаббл», выяснилось, что большая часть планетарных туманностей имеет достаточно сложную и необычную структуру. Несмотря на тот факт, что примерно пятая часть из них имеет форму, близкую к сферической, большинство планетарных туманностей не обладает сферической симметрией. На сегодняшний день механизмы образования такого разнообразия форм остаются до конца не выясненными. Есть предположение, что значительную роль в этом могут играть взаимодействие двойных звезд и звёздного ветра также магнитного поля и межзвёздной среды.