Двойственная химическая природа планетарных туманностей.22.03.2009 2:02 | Н.Т. Ашимбаева/ГАИШ, Москва
С помощью Космического телескопа НАСА Спитцер обнаружено свидетельства того, что звезды, содержащие сложные молекулы углерода, могут образовываться в центре нашей Галактики.
До этого исследования такие звезды в балдже нашей Галактики не находили, хотя в других местах Галактики такие звезды есть - что составляло всегда загадку для ученых. Найденные свидетельства имеют большое значение, поскольку раздвигают границы наших знаний о том, как в действительности происходит формирование тяжелых элементов в звездах - таких как кислород, углерод и железо; далее можно судить о распространении их во Вселенной, создавая, таким образом, возможные предпосылки для зарождения жизни.
Пыль, находящаяся в туманности, окружающей звезду, сильно излучает в инфракрасном диапазоне. По спектрам, полученным с помощью телескопа Спитцер, можно определить, содержит ли материал, выброшенный звездой в межзвездную среду, кислород или углерод. Команда ученых проанализировала свет, излучаемый 40 планетарными туманностями. Было исследовано 26 туманностей в балдже Галактики и 14 - в других частях Галактики. Из 26 планетарных туманностей балджа в 21-й нашли признаки углерода, а именно, большое количество кристаллических силикатов и полициклических ароматических углеводородов. Но самое интересное, что кроме углерода были найдены следы присутствия кислорода, показывая таким образам, ненаблюдаемую ранее смесь этих элементов в пыли планетарных туманностей.
Рисунок 1. Туманность Кошачий глаз, или NGC 6543, является хорошо изученным примером планетарной туманности. Такие объекты представляют собой светящиеся остатки пыли и газа - сброшенные оболочки звезд средних размеров в их последней стадии жизни. Наше собственное Солнце превратится в такую туманность примерно через пять млрд. лет. Космический телескоп НАСА Спитцер изучил многие такие планетарные туманности в инфракрасном свете, в том числе, целый ряд более отдаленных, которые помогли ученым выявить популяцию углеродо-содержащих звезд вблизи центра нашей Галактики. Инфракрасное излучение от Кошачьего глаза создается различными химическими элементами и молекулами. Яркая внутренняя область этой туманности показывает сложную структуру, напоминающую кошачий глаз. Вне этой компактный области есть ряд других структур, представляющих из себя то вещество, которое было выброшено ранее центральной звездой, находящейся в стадии гиганта. Изображение представляет собой композицию данных, полученных инфракрасной камерой телескопа Спитцер. Свет с длиной волны 3,6 мкм представлен как голубой, 5,8 мкм отображается как зеленый и 8,0 мкм представлены в красном цвете. Яркость центральной области существенно приглушена, чтобы можно было увидеть более слабые структуры особенностей. В целом цвета были усилены, чтобы лучше показать незначительные колебания яркости. (Изображение: NASA/JPL-Caltech/J. Hora, Harvard-Smithsonian CfA)
В процессе эволюции звезды первоначально происходит горение самого легкого элемента - водорода, который в результате ядерных реакций преобразуется в гелий (водородный цикл), который в свою очередь сгорая создает более тяжелые элементы (углеродный цикл). Такие реакции горения в процессе эволюции звезды идут обычно одновременно. Происходит расслоение вещества, из которого состоит звезда: в верхних "этажах" расположились более легкие элементы - водород и гелий, а тяжелые (углерод и другие) - ближе к центру, где как раз происходит горение самого тяжелого элемента. Поэтому углерод в нормальной стадии эволюции звезды не может находиться на ее поверхности.
В результате Большого взрыва образуются только самые легкие элементы - водород и гелий. Все более тяжелое рождается в горниле звезд. Если звезды типа Солнца живут в среднем около 10 млрд. лет, то стадия планетарной туманности в конце ее жизни длится всего 50 000 лет. Сбрасываемая оболочка содержит все элементы, из которых состояла звезда, в том числе и тяжелые. В дальнейшем из них формируются новые звезды, планетные системы, в том числе и планеты земного типа.
В нашей Галактике пыль, которая состояла бы сразу из кислорода и углерода, является редким явлением и, как правило, обнаруживается только вокруг двойных звездных систем. То, что исследовательская группа обнаружила присутствие углерод-кислородной пыли в галактическом балдже, по-видимому, свидетельствует о происшедших недавно химических изменениях в звезде.
Ученые предположили, что если центральная звезда проэволюционировала в планетарную туманность, то ее тяжелые элементы из центра не успели пройти свой путь к внешним слоям, как это происходит в процессе эволюции обычных звездах. Только в последние мгновения жизни центральной звезды, когда она расширяется и сбрасывает вовне все внешние газовые слои, становится доступным для наблюдений углерод, лежащий во внутренних частях звезды. Именно тогда и можно его увидеть в туманности вокруг звезды.
Авторы выдвинули предположение, что наблюдаемое смешение кислорода и углерода возможно происходит из-за прохождения по звезде своеобразного теплового импульса. Волна сжатого высоким давление газа смешивает слои, содержащие элементы углерода и кислорода, а затем эта смесь извергается в окружающее пространство и формирует облака пыли и газа. Результаты исследований опубликованы в февральском номере журнала Astronomy and Astrophysics за 2009 год.
Правда, с помощью таких тепловых импульсов образование углерода происходит неэффективно. Углерод становится видимым только когда звезда вот-вот умрет. Это исследование поддерживает гипотезу о том, почему в некоторых звездах углерод не переносится на поверхность. Ученые считают, что небольшие звезды - с массами до полутора масс Солнца, - не переносят углерод на поверхности в течение всей их жизни. Звезды галактического балджа, как правило, содержат больше металлов, чем звезды другого населения, поэтому данные Спитцер хорошо подтверждают выдвинутую гипотезу. До этих исследований эта гипотеза ни разу не была поддержана наблюдениями.
Такой процесс старения и затем сбрасывания оболочки типичен для всех звезд. К концу своей жизни некоторые звезды становятся красными гигантами. У этих умирающих звезд оболочка разбухает настолько, что если ее поместить в нашей Солнечной системе, то граница красного гиганта будет проходить по земной орбите. Поскольку эти звезды пульсирующие - теряют массу в процессе расширения, а затем сжимаются, - то они теряют почти все свои тяжелые элементы в виде сбрасываемой оболочки. Эти элементы являются строительными блоками всех планет, включая нашу собственную Землю (а также людей, и любой другой формы жизни, которые могут существовать во Вселенной).
(Информация по пресс-релизу Spitzer Space Telescope).
|
Публикации с ключевыми словами:
Планетарная туманность - туманность Кошачий глаз - Spitzer space telescope
Публикации со словами: Планетарная туманность - туманность Кошачий глаз - Spitzer space telescope | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
