stringtranslate.com

Туманность Кошачий Глаз

Туманность Кошачий Глаз (также известная как NGC 6543 и Колдуэлл 6 ) — планетарная туманность в северном созвездии Дракона , открытая Уильямом Гершелем 15 февраля 1786 года. Это была первая планетарная туманность, спектр которой исследовал английский астроном-любитель. Уильям Хаггинс , продемонстрировавший, что планетарные туманности имеют газовую, а не звездную природу. Структурно объект получил изображения с высоким разрешением, полученные космическим телескопом Хаббл, на которых видны узлы, струи, пузыри и сложные дуги, освещенные центральным горячим ядром планетарной туманности (PNN). [3] Это хорошо изученный объект, который наблюдался в диапазоне от радио до рентгеновского диапазона .

Общая информация

NGC 6543 — объект дальнего космоса с высоким северным склонением . Его общая магнитуда составляет 8,1, с высокой поверхностной яркостью . Ее небольшая яркая внутренняя туманность имеет размер в среднем 16,1 угловых секунды , а размеры внешних видимых сгущений — около 25 угловых секунд. [4] На глубоких изображениях видно протяженное гало диаметром около 300 угловых секунд или 5 угловых минут , [5] которое когда-то было выброшено центральной звездой -прародителем во время фазы красного гиганта .

NGC 6543 находится на  расстоянии 4,4 угловых минут от текущего положения северного полюса эклиптики , что составляет менее 1/10 из 45 угловых минут  между Полярной звездой и текущим местоположением северной оси вращения Земли . Это удобный и точный маркер оси вращения земной эклиптики , вокруг которой вращается Северный полюс мира . Это также хороший маркер близлежащей «неизменной» оси Солнечной системы, которая является центром кругов, которые северный полюс каждой планеты и северный полюс орбиты каждой планеты образуют на небе. Поскольку движение полюса эклиптики в небе очень медленное по сравнению с движением северного полюса Земли, его положение как маркера полярной станции на эклиптике по сути является постоянным в шкале времени человеческой истории, в отличие от полярной звезды , которая меняется каждые несколько тысяч лет.

Наблюдения показывают, что яркая туманность имеет температуру между7000 и9000  К , средняя плотность которых составляет около5000 частиц на кубический сантиметр. [6] Его внешнее гало имеет более высокую температуру вокруг15 000 К , но имеет гораздо меньшую плотность. [7] Скорость быстрого звездного ветра составляет около1900 км/с , где спектроскопический анализ показывает текущую среднюю скорость потери массы.3,2 × 10 −7 солнечных масс в год, что эквивалентно двадцати триллионам тонн в секунду (20 Эг/с). [6]

Оптическое изображение окружающего туманность гало.

Температура поверхности центрального PNN составляет около80 000 К , что в 10 000 раз ярче Солнца. Звездная классификация : звезда типа O7+  [WR] . [6] Расчеты показывают, что PNN превышает одну солнечную массу из теоретических начальных 5 солнечных масс. [8] Центральная звезда Вольфа – Райе имеет радиус 0,65  R ☉ (452 ​​000 км). [9] Туманность Кошачий Глаз, указанная в некоторых источниках, находится примерно в трех тысячах световых лет от Земли. [10]

Наблюдения

Кошачий Глаз была первой планетарной туманностью, которую Уильям Хаггинс наблюдал с помощью спектроскопа 29 августа 1864 года. [11] [12] Наблюдения Хаггинса показали, что спектр туманности был прерывистым и состоял из нескольких ярких эмиссионных линий. первое указание на то, что планетарные туманности состоят из разреженного ионизированного газа. Спектроскопические наблюдения на этих длинах волн используются для определения численности [13] , а изображения на этих длинах волн используются для выявления сложной структуры туманности. [14]

Инфракрасные наблюдения

Наблюдения NGC 6543 в дальнем инфракрасном диапазоне (около 60 мкм) показывают наличие звездной пыли при низких температурах. Считается, что пыль образовалась на последних этапах жизни звезды-прародительницы. Он поглощает свет центральной звезды и повторно излучает его в инфракрасном диапазоне. По спектру инфракрасного излучения пыли следует, что температура пыли составляет около 85 К, а масса пыли оценивается в6,4 × 10 −4 солнечных масс. [15]

Инфракрасное излучение также выявляет присутствие неионизированного материала, такого как молекулярный водород (H 2 ) и аргон . Во многих планетарных туманностях молекулярная эмиссия максимальна на больших расстояниях от звезды, где больше материала не ионизировано, но эмиссия молекулярного водорода в NGC 6543 кажется яркой на внутреннем крае ее внешнего гало. Это может быть связано с ударными волнами , возбуждающими H 2 при столкновении выбросов, движущихся с разными скоростями. Общий вид туманности Кошачий Глаз в инфракрасном диапазоне (длины волн 2–8 мкм) аналогичен видимому свету. [16]

Оптические и ультрафиолетовые наблюдения

Полученное здесь изображение космического телескопа «Хаббл» имеет искусственные цвета и предназначено для выделения областей с высокой и низкой ионизацией . Были сделаны три изображения в фильтрах, изолирующих свет, излучаемый однократно ионизированным водородом при 656,3  нм , однократно ионизированным азотом при 658,4 нм и дважды ионизированным кислородом при 500,7 нм. Изображения были объединены в красный, зеленый и синий каналы соответственно, хотя их истинные цвета — красный, красный и зеленый. На изображении видны две «шапки» из менее ионизированного материала на краю туманности. [17]

Рентгеновские наблюдения

Рентгеновское изображение туманности.

В 2001 году наблюдения рентгеновской обсерватории «Чандра» в рентгеновском диапазоне показали наличие внутри NGC 6543 чрезвычайно горячего газа с температурой1,7 × 10 6  К.​ [18] Считается, что очень горячий газ возникает в результате сильного взаимодействия быстрого звездного ветра с ранее выброшенным материалом. Это взаимодействие опустошило внутренний пузырь туманности. [14] Наблюдения «Чандры» также выявили точечный источник в положении центральной звезды. Спектр этого источника простирается до жесткой части рентгеновского спектра – до 0,5–1,0  кэВ . Звезда с фотосферной температурой околоОжидается, что температура 100 000 К не будет сильно излучать жесткие рентгеновские лучи, поэтому их присутствие остается загадкой. Это может указывать на наличие высокотемпературного аккреционного диска внутри двойной звездной системы. [19] Данные жесткого рентгеновского излучения остаются интригующими более десяти лет спустя: «Кошачий глаз» был включен в исследование «Чандрой» 2012 года 21 центральной звезды планетарных туманностей (CSPNe) в окрестностях Солнца , в ходе которого было обнаружено: «Все, кроме одного, из точечные источники рентгеновского излучения, обнаруженные на CSPNe, демонстрируют спектры рентгеновского излучения, которые более жесткие, чем ожидалось, от горячих (~100 000 К ) центральных фотосфер звезды, что, возможно, указывает на высокую частоту двойных компаньонов CSPNe. Другие потенциальные объяснения включают в себя самошоковые ветры или откат массы PN». [20]

Расстояние

Расстояния до планетарных туманностей, таких как NGC 6543, обычно очень неточны и малоизвестны. [21] Некоторые недавние наблюдения NGC 6543 с интервалом в несколько лет, сделанные космическим телескопом «Хаббл», определили расстояние до нее по скорости углового расширения 3,457 миллисекунд дуги в год. Если предположить, что скорость расширения луча зрения равна 16,4 км·с -1 , это означает, что расстояние до NGC 6543 равно1001 ± 269  парсек (3 × 10 19  к или3300  световых лет ) от Земли. [22] Несколько других ссылок на расстояние, например, то, что цитируется в SIMBAD в 2014 году на основе Стангеллини, Л. и др. (2008) предполагают, что расстояние1623 парсека (5300 световых лет). [23]

Возраст

Угловое расширение туманности также можно использовать для оценки ее возраста. Если бы он расширялся с постоянной скоростью 10 миллисекунд дуги в год, то это заняло бы1000 ± 260 лет , чтобы достичь диаметра 20 угловых секунд. Это может быть верхним пределом возраста, поскольку выброшенный материал будет замедляться, когда он встретит материал, выброшенный из звезды на более ранних стадиях ее эволюции, и межзвездную среду . [22]

Состав

Сине-зеленый диффузный диск со сложной округлой структурой в центре. Диск пересекает S-образная коричневая кривая.
Изображение NGC 6543 обработано, чтобы выявить концентрические кольца, окружающие внутреннее ядро. Также видны линейные структуры, возможно, вызванные прецессией струй из центральной двойной двойной звездной системы.

Как и большинство астрономических объектов, NGC 6543 состоит в основном из водорода и гелия , а более тяжелые элементы присутствуют в небольших количествах. Точный состав можно определить с помощью спектроскопических исследований. Изобилие обычно выражается относительно водорода, наиболее распространенного элемента. [7]

Различные исследования обычно находят разные значения содержания элементов. Часто это происходит потому, что спектрографы, прикрепленные к телескопам, не собирают весь свет от наблюдаемых объектов, а вместо этого собирают свет из щели или небольшой апертуры . Следовательно, разные наблюдения могут брать разные части туманности.

Однако результаты для NGC 6543 в целом согласуются с тем, что по отношению к водороду содержание гелия составляет около 0,12, а содержание углерода и азота - около3 × 10 −4 , а содержание кислорода около7 × 10 -4 . [13] Это довольно типичное содержание для планетарных туманностей, при этом содержание углерода, азота и кислорода превышает значения, обнаруженные для Солнца, из-за эффектов нуклеосинтеза, обогащающих атмосферу звезды тяжелыми элементами, прежде чем она будет выброшена в виде планетарной туманности. туманность. [24]

Глубокий спектроскопический анализ NGC 6543 может указывать на то, что туманность содержит небольшое количество материала, сильно обогащенного тяжелыми элементами; это обсуждается ниже. [13]

Кинематика и морфология

Туманность Кошачий Глаз структурно очень сложная туманность, и механизм или механизмы, которые привели к ее сложной морфологии, до конца не изучены. [14] Центральная яркая часть туманности состоит из внутреннего вытянутого пузыря (внутреннего эллипса), заполненного горячим газом. Он, в свою очередь, вложен в пару более крупных сферических пузырей, соединенных вместе вдоль талии. Перетяжка наблюдается как второй по величине эллипс, лежащий перпендикулярно пузырю с горячим газом. [25]

Структура яркой части туманности обусловлена ​​в первую очередь взаимодействием быстрого звездного ветра , излучаемого центральной PNN, с видимым веществом, выброшенным при формировании туманности. Это взаимодействие вызывает излучение рентгеновских лучей, о которых говорилось выше. Звездный ветер, дующий со скоростью, достигающейСо скоростью 1900 км/с «выдолбил» внутренний пузырь туманности и, по-видимому, лопнул пузырь с обоих концов. [14]

Также есть подозрение, что центральная звезда PNN спектрального класса WR:+O7, HD 164963 / BD +66 1066 / PPM 20679 [1] туманности может быть порождена двойной звездой . [1] Существование аккреционного диска , вызванное массообменом между двумя компонентами системы, может привести к образованию полярных струй , которые будут взаимодействовать с ранее выброшенным материалом. Со временем направление полярных струй будет меняться из-за прецессии . [26] [27]

За пределами яркой внутренней части туманности имеется ряд концентрических колец, которые, как полагают, были выброшены до образования планетарной туманности, когда звезда находилась на асимптотической гигантской ветви диаграммы Герцшпрунга-Рассела . Эти кольца расположены очень равномерно, что позволяет предположить, что механизм, ответственный за их формирование, выбрасывал их через очень равные промежутки времени и с очень одинаковой скоростью. [5] Общая масса колец составляет около 0,1 солнечной массы. [28] Пульсации, сформировавшие кольца, вероятно, начались 15 000 лет назад и прекратились примерно1000 лет назад, когда началось формирование светлой центральной части (см. выше). [29]

Далее на большие расстояния от звезды простирается большое слабое гало. Гало снова предшествует образованию главной туманности. Масса гало оценивается в 0,26–0,92 массы Солнца. [28]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Расстояние × sin(диаметр_угол / 2) = 0,2 св. радиус
  2. ^ 9,8B видимая звездная величина - 5 × {log (расстояние 1,0 ± 0,3 кпк) - 1} = -0,2+0,8
    −0,6    B абсолютная величина

Рекомендации

  1. ^ abcdefghi (СИМБАД 2006)
  2. ^ ab (Рид и др. 1999)
  3. ^ Шоу, РА (1985). «Эволюция ядер планетарных туманностей (PNN)». Кандидат наук. Диссертация, Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн . Бибкод : 1985PhDT........13S.
  4. ^ (Рид и др. 1999, стр. 2433)
  5. ^ ab (Балик, Уилсон и Хаджян 2001, стр. 354)
  6. ^ abc (Wesson & Liu 2004, стр. 1026, 1028)
  7. ^ ab (Вессон и Лю 2004, стр. 1029)
  8. ^ (Бьянки, Серрато и Грюинг, 1986)
  9. ^ Руководство по созвездиям
  10. ^ Немиров, Р.; Боннелл, Дж., ред. (13 мая 2007 г.). «Туманность Кошачий Глаз, сделанная Хабблом». Астрономическая картина дня . НАСА . Проверено 26 октября 2011 г.
  11. ^ Хаггинс, Уильям; Миллер, Вашингтон (1864 г.). «О спектрах некоторых туманностей». Философские труды Лондонского королевского общества . 154 : 437–444. Бибкод : 1864RSPT..154..437H. дои : 10.1098/rstl.1864.0013 .См. стр. 438, «№ 4373».
  12. ^ (Квок 2000, стр. 1)
  13. ^ abc (Wesson & Liu 2004, стр. 1026–1027, 1040–1041)
  14. ^ abcd (Balick & Preston 1987, стр. 958, 961–963)
  15. ^ (Клаас и др. 2006, стр. 523)
  16. ^ (Хора и др. 2004, стр. 299)
  17. ^ (Вессон и Лю 2004, стр. 1027–1031)
  18. ^ (Чу и др. 2001)
  19. ^ (Герреро и др. 2001)
  20. ^ (Кастнер и др. 2012)
  21. ^ (Рид и др. 1999, стр. 2430)
  22. ^ ab (Рид и др. 1999, стр. 2433–2438)
  23. ^ Стангеллини, Л; Шоу, РА; Виллавер, Э. (2008). «Калибровка Магелланова облака шкалы расстояний галактической планетарной туманности». Астрофизический журнал . 689 (1): 194–202. arXiv : 0807.1129 . Бибкод : 2008ApJ...689..194S. дои : 10.1086/592395. S2CID  119257242.
  24. ^ (Хён и др. 2000)
  25. ^ (Рид и др. 1999, стр. 2438–2440)
  26. ^ (Балик и Престон 1987)
  27. ^ (Миранда и Сольф, 1992)
  28. ^ ab (Балик, Уилсон и Хаджян 2001, стр. 358)
  29. ^ (Балик, Уилсон и Хаджян 2001, стр. 359–360)

Цитируемые источники

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с туманностью Кошачий глаз .