Čo sú planetárne hmloviny: definícia, vznik a rozmanitosť tvarov
Objavte, čo sú planetárne hmloviny: definícia, vznik a prečo majú úchvatnú rozmanitosť tvarov — od symetrických po bizarné, vrátane vplyvu dvojhviezd a magnetizmu.
Planetárna hmlovina je hmlovina, ktorá sa skladá z plynu a plazmy. Vzniká pri neskorom štádiu života určitých hviezd s hmotnosťou približne od 0,8 do 8-násobku hmotnosti Slnka. V malých optických ďalekohľadoch môže takéto útvar pripomínať disk alebo kotúč a historicky preto dostal názov „planetárna hmlovina“ — hoci s planétami nemá nič spoločné. Planetárne hmloviny sú prechodné objekty: trvajú len desaťtisíce rokov, čo je veľmi krátko v porovnaní so životom hviezd.
Vznik
Keď hmota hviezdy dojde palivo pre jadrové reakcie, väčšina hviezd strednej hmotnosti prejde štádiom červeného obra. Na konci tohto štádia sú vonkajšie vrstvy hviezdy vyvrhnuté; v dôsledku toho zostáva horúce jadro. To jadro vyžaruje ultrafialové žiarenie, ktoré vyžaruje stred hviezdy, a toto žiarenie ionizuje okolitý plyn a plazmu, ktoré hviezda predtým stratila. Ionizované atómy následne emitujú svetlo na charakteristických vlnových dĺžkach (typicky silné emisné čiary Hα, [O III] a [N II]), čo robí hmlovinu jasne viditeľnou.
Vlastnosti stredu a trvanie
Stred planetárnej hmloviny je horúca hviezda, ktorá sa postupne mení na bielu trpaslíčku. Teplota takejto centrálnej hviezdy môže dosahovať desiatky tisíc až státisíce kelvinov, takže produkuje silné UV žiarenie. Rozmery hmlovín sa líšia — typické priemery sú rádovo desaťtisíce astronomických jednotiek (teda až rádovo do ~1 svetelného roka u väčších prípadov) — a ich viditeľnosť trvá zvyčajne niekoľko tisíc až niekoľko desiatok tisíc rokov, potom materiál zriedka splýva s medzihviezdnym prostredím.
Farby a spektrálne znaky
Planetárne hmloviny sú často veľmi farebné na snímkach: zelenkasté až modrasté sčasti kvôli silným čiaram [O III], červené od Hα a [N II]. Analýza spektra umožňuje určiť chemické zloženie vývrhu (napr. vodík, helium, kyslík, dusík, vápnik) a rýchlosť úniku plynu (typicky niekoľko desiatok až niekoľko stoviek km/s).
Rozmanitosť tvarov a ich príčiny
Zatiaľ čo niektoré planetárne hmloviny majú takmer sférické alebo eliptické tvary, iné sú veľmi komplikované — dvojlúčové (bipolárne), prstencové, tvarové s jetmi, vlákna alebo úplne nepravidelné. Vedci stále skúmajú, prečo sú tieto tvary také rôznorodé. Medzi hlavné hypotézy patria:
- prítomnosť dvojhviezd (spolupráca alebo hmotová výmena so sprievodnou hviezdou môže formovať výtrysk a symetriu),
- interakcia viacerých vetrov — pomalý hustý vzduch vyvrhnutý počas červeného obra, následne udieraný rýchlym hviezdnym vetrom, ktorý vytvára bubliny a štruktúry,
- magnetické polia (magnetické polia) a rotácia centrálnej hviezdy, ktoré môžu usmerňovať tok materiálu do preferovaných smerov,
- jety a pulzáciu počas straty hmoty alebo interakcie s okolím,
- kolísania hustoty v materiáli vyvrhnutom z hviezdy a následné nestability počas expanzie.
Prečo názvy môžu mýliť
Historický názov „planetárna hmlovina“ vznikol preto, že v malých ďalekohľadoch niektoré z týchto objektov pripomínali planéty. To môže viesť k zámene s inými názvami, najmä s tzv. protoplanetárnymi hmlovinami (prechodné štádium medzi červeným obrom a plne ionizovanou planetárnou hmlovinou). Moderní astronómovia preto často rozlišujú medzi „protoplanetárnou hmlovinou“ a „planetárnou hmlovinou“ alebo používajú skratku PN (z anglického planetary nebula), aby predišli nejasnostiam.
Prečo sú dôležité
Planetárne hmloviny sú kľúčové pre pochopenie evolúcie hviezd strednej hmotnosti, obohacovania medzihviezdneho prostredia ťažšími prvkami (ako O, N, C) a dynamiky straty hmoty. Vďaka svojej jasnosti a výrazným spektrálnym čiaram sú tiež dôležité pre meranie vzdialeností, rýchlostí a fyzikálnych podmienok v našej galaxii a v iných galaxiách.
NGC 6543, hmlovina Mačacie oko
Pozorovania
Planetárne hmloviny nie sú veľmi jasné. Žiadna z nich nie je dostatočne jasná na to, aby ste ju videli bez ďalekohľadu. Ako prvá bola objavená hmlovinaDumbbell. Astronómovia nevedeli, čo sú to za objekty, kým sa v roku 1800 neuskutočnili prvé spektroskopické experimenty. William Huggins použil na pozorovanie galaxií hranol. Všimol si, že sa veľmi podobajú na hviezdy.
Keď sa pozrel na hmlovinu Mačacie oko, nevyzerala rovnako. Videl emisnú čiaru na mieste, ktoré predtým nikto nevidel. To znamenalo, že vyzerala ako prvok, ktorý nikto nikdy predtým nevidel. Vedci si mysleli, že by mohlo ísť o nový prvok. Rozhodli sa ho nazvať nebulium.
Neskôr fyzici ukázali, že plyny s veľmi nízkou hustotou môžu vyzerať ako niečo iné. Ukázalo sa, že plyn, na ktorý sa pozerali, bol kyslík, a nie hmlovina.
Hviezdy v planetárnych hmlovinách sú veľmi horúce. Nie sú však veľmi jasné. To znamená, že musia byť veľmi malé. Jediný prípad, keď sú hviezdy také malé, je ich umieranie. To znamená, že sú jedným z posledných krokov v procese smrti hviezdy. Astronómovia si všimli, že všetky planetárne hmloviny sa rozpínajú. To znamená, že vznikli tým, že vonkajšie vrstvy hviezdy boli na konci jej života vymrštené do vesmíru.
NGC 7293, hmlovina Helix
NGC 2392, Eskimácka hmlovina
Pôvod
Hviezdy s hmotnosťou nad osem hmotností Slnka sa stanú supernovou. Hviezdy s menšou hmotnosťou vytvoria planetárne hmloviny. Po miliardách rokov hviezdneho vývoja už hviezda nebude mať žiadny vodík. Povrch hviezdy je preto chladnejší a jadro sa zmenšuje. Jadro Slnka má približne 15 miliónov stupňov Kelvina. Keď mu dôjde vodík, menšie jadro spôsobí, že stúpne na približne 100 miliónov stupňov Kelvina.
Vonkajšie vrstvy hviezdy sa vplyvom tepla z jadra zväčšujú a stávajú sa oveľa chladnejšími. Hviezda sa stáva červeným obrom. Jadro sa ešte viac zmenší a zohreje. Keď jeho teplota dosiahne 100 miliónov K, hélium sa začne taviť na uhlík a kyslík. Keď sa tak stane, jadro sa prestane zmenšovať. Horením hélia sa čoskoro vytvorí jadro z uhlíka a kyslíka, ktoré obklopuje héliový aj vodíkový obal.
Keďže hélium v reakciách jadrovej syntézy nie je veľmi stabilné, jadro sa začne veľmi rýchlo zväčšovať a zmenšovať. Silný hviezdny vietor vyfukuje plyn a plazmu vo vonkajšej vrstve hviezdy smerom von. Tieto plyny vytvárajú oblak okolo jadra hviezdy. Ako sa čoraz viac plynu vzďaľuje od hviezdy, posielajú sa čoraz hlbšie vrstvy pri čoraz vyšších teplotách. Keď sa plyn zohreje na približne 30 000 stupňov kelvinov, začne žiariť. Z oblaku sa potom stane planetárna hmlovina.
Čísla a pozícia
V našej galaxii poznáme asi 3 000 takýchto hmlovín v porovnaní s 200 miliardami hviezd. Ich veľmi krátka životnosť v porovnaní s hviezdou je dôvodom, prečo ich nie je toľko v porovnaní s hviezdami. Nachádzajú sa prevažne v rovine Mliečnej cesty a je ich tým viac, čím bližšie sa dostávame k jej stredu.
Tvar
Len asi dvadsať percent planetárnych hmlovín sú gule (ako Abell 39). Zvyšok má rôzne tvary. Dôvod týchto tvarov nie je známy. Môže to byť spôsobené gravitačným pôsobením sekundárnych hviezd (napríklad ak ide o dvojhviezdny systém). Druhou teóriou je, že planéty v blízkosti hviezdy môžu meniť spôsob, akým sa hmlovina formuje. Treťou teóriou je, že tieto tvary spôsobujú magnetické polia. [1].
Problémy
Problémom pri skúmaní planetárnych hmlovín je, že astronómovia nedokážu vždy určiť, ako ďaleko sa nachádzajú. Keď sú blízko, astronómovia používajú niečo, čo sa nazýva expanzná paralaxa, aby odhadli, ako ďaleko sú, ale to trvá dlho. Ak nie sú blízko, zatiaľ neexistuje dobrý spôsob, ako zistiť, ako sú vzdialené.
Súvisiace stránky
- Medzihviezdne prostredie
- Mlhovina
- Hviezdny vývoj
- Biely trpaslík
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to planetárna hmlovina?
Odpoveď: Planetárna hmlovina je hmlovina, ktorá sa skladá z plynu a plazmy, vytvorená určitými typmi hviezd v neskoršom štádiu ich života.
Otázka: Ako vyzerajú planetárne hmloviny?
Odpoveď: V malých optických ďalekohľadoch vyzerajú ako planéty.
Otázka: Ako dlho trvajú planetárne hmloviny?
Odpoveď: V porovnaní s hviezdami netrvajú dlho, iba desiatky tisíc rokov.
Otázka: Čo sa stane na konci života hviezdy normálnej veľkosti?
Odpoveď: Vonkajšie vrstvy hviezdy sú vyvrhnuté vo fáze červeného obra.
Otázka: Čo spôsobuje, že planetárna hmlovina vyzerá tak, ako vyzerá?
Odpoveď: Ultrafialové žiarenie, ktoré vyžaruje stred hviezdy, ionizuje plyn a plazmu, ktoré boli z hviezdy vyvrhnuté.
Otázka: Prečo sa môžu planetárne hmloviny od seba líšiť?
Odpoveď: Vedci si nie sú istí, prečo sa planetárne hmloviny od seba tak odlišujú, ale jedným z dôvodov môžu byť dvojhviezdy, hviezdny vietor a magnetické polia.
Otázka: Prečo niektorí astronómovia začali nazývať planetárne hmloviny "guľové hmloviny"?
Odpoveď: Na začiatku 21. storočia ich niektorí astronómovia začali nazývať "guľové hmloviny", aby si ich nemýlili s protoplanetárnymi hmlovinami, ktoré vytvárajú planéty.
Prehľadať