Галактичні переробники

Планетарні туманності грають значну роль в еволюції галактик. Ранній Всесвіт складався в основному з водню і гелію, але з часом в результаті термоядерного синтезу в зірках утворилися важчі елементи. Таким чином, речовину планетарних туманностей має високий вміст вуглецю, азоту і кисню, а у міру розширення і проникнення в міжзоряний простір воно збагачує його цими важкими елементами, загалом званими астрономами металами.

Подальші покоління зірок, що формуються з міжзоряної речовини, міститимуть більшу початкову кількість важких елементів; хоча їх присутність у складі зірок залишається незначною, вони відчутно впливають на їх еволюцію. Зірки, що сформувалися незабаром після утворення Всесвіту, містять відносно малі кількості металів — їх відносять до зірок II типу. Зірки, збагачені важкими елементами, належать до зірок I типу.

Характеристики

Фізичні характеристики

Типова планетарна туманність має середню протяжність в один світловий рік і складається з сильно розрідженого газу щільністю близько 1000 частинок на см³, що значно менше в порівнянні, наприклад, з щільністю атмосфери Землі, але приблизно в 10-100 разів більше, ніж щільність міжпланетного простору на відстані орбіти Землі від Сонця. Молоді планетарні туманності мають найбільшу щільність, що іноді досягає 10⁶ частинок на см³. У міру старіння туманностей їх розширення приводить до зменшення щільності.

Випромінювання центральної зірки нагріває гази до температур порядку 10000 K. Парадоксально, що температура газу нерідко підвищується із збільшенням відстані від центральної зірки. Це відбувається з тієї причини, що чим більшою енергією володіє фотон, тим менш ймовірно, що він буде поглинений. Тому у внутрішніх областях туманності поглинаються малоенергетичні фотони, а ті що залишилися володіють високою енергією і поглинаються в зовнішніх областях, викликаючи зростання їх температури.

Туманності можна розділити на бідних матерією і бідних випромінюванням. Згідно цієї термінології, в першому випадку туманність не володіє достатньою кількістю матерії для поглинання всіх ультрафіолетових фотонів, що випромінюються зіркою. Тому видима туманність повністю іонізована. У другому ж випадку центральна зірка випускає недостатньо ультрафіолетових фотонів, щоб іонізувати весь навколишній газ, і іонізаційний фронт переходить в нейтральний міжзоряний простір.

Оскільки більша частина газу планетарної туманності іонізована (тобто є плазмою), значний ефект на її структуру надає дія магнітних полів, викликаючи такі феномени, як волокнистість і нестабільність плазми.

Кількість і розподіл

На сьогоднішній день в наший галактиці, що складається з 200 мільярдів зірок, відомо 1500 планетарних туманностей. Їх коротка в порівнянні із зоряною тривалість життя є причиною їх малого числа. В основному, всі вони лежать в площині Чумацького Шляху, причому переважно зосередившись поблизу центру галактики, і практично не спостерігаються в зоряних скупченнях.

Використання ПЗС-матриць замість фотоплівки в астрономічних дослідженнях дозволило значно розширити список відомих планетарних туманностей.

Структура

Біполярна планетарна туманність

Більшість планетарних туманностей симетричні і мають майже сферичний вигляд, що не заважає їм мати безлічі дуже складних форм. Приблизно 10% планетарних туманностей практично біполярні, і лише мале їх число асиметричні. Відома навіть прямокутна планетарна туманність. Причини такої різноманітності форм до кінця не з'ясовані, але вважається, що велику роль можуть грати гравітаційні взаємодії зірок в подвійних системах. За іншою версією, наявні планети порушують рівномірне розтікання матерії при утворенні туманності. У січні 2005 року американські астрономи оголосили про перше виявлення магнітних полів навколо центральних зірок двох планетарних туманностей, а потім висунули припущення, що саме вони частково або повністю відповідальні за створення форми цих туманностей. Істотна роль магнітних полів в планетарних туманностях була передбачена Грігором Гурзадяном ще в 1960-і роки (див. наприклад Гурзадян Р. А., 1993 і посилання там). Є також припущення, що біполярна форма може бути обумовлена взаємодією ударних хвиль від розповсюдження фронту детонації в шарі гелію на поверхні білого карлика, що формується (наприклад, в туманностях Котяче Око, Пісочний Годинник, Мураха).