Słowo mgławica pochodzi z łaciny oznaczającej "chmurę" lub "mgłę" i może być pluralizowane jako mgławice lub nebulae. Ta niejasność odpowiada obiektowi: mgławica to po prostu duża, świecąca lub zaciemniająca plama ośrodka międzygwiezdnego, i może oznaczać bardzo różne rzeczy w zależności od tego, jakiego typu się patrzy.
Niektóre mgławice to regiony formowania gwiazd, gdzie gaz i pył się gromadzą razem, aż zawalą się w nowe gwiazdy. Inne to pozostałości pozostawione po śmierci gwiazdy - czasem łagodnie, czasem w katastrofalnej eksplozji. Cała kategoria nosi nazwę planet, chociaż nie ma z nimi nic wspólnego. Fizyka każdego typu jest tak różna, że astronomowie musieli wymyślić odrębne nazwy, osobne wyjaśnienia i w niektórych przypadkach czekać wieki, aby dowiedzieć się, jaki typ mgławicy faktycznie obserwowali.
Chmura bez stałego kształtu
Mgławice są często regionami formowania gwiazd: gaz, pył i inny materiał w nich gromadzą się w gęstsze rejony, które nadal przyciągają więcej materii, aż staną się wystarczająco gęste, aby tworzyć gwiazdy. To jest mechanizm stojący za większością nowych gwiazd pojawiających się w galaktyce - dosłownie są zagęszczane z własnego materiału mgławicy.
Większość mgławic jest ogromna, niektóre rozciągają się na setki lat światła. I w przeciwieństwie do planety lub gwiazdy, mgławica rzadko ma ostry kontur: większość mgławic jest klasyfikowana jako mgławice rozproszone, co oznacza, że są rozciągnięte chmury bez dobrze określonych granic. Kombinacja gigantycznej skali i rozmytych krawędzi jest powodem, dla którego astrofotografia o długim naświetleniu, a nie szybki rzut oka przez mały teleskop, to zwykle ujawnia prawdziwą strukturę mgławicy.
Astronomowie zapisują je od prawie 2000 lat
Mgławice nie są nowoczesnym odkryciem. Około 150 roku n.e. astronom Ptolemeusz zapisał pięć gwiazd, które wydawały się mgławicowe w książkach VII–VIII jego Almagesty - bez sposobu, aby wiedzieć, że część tego, co opisywał, w ogóle nie była gwiazdą, tylko rozmazana plamka światła w złym miejscu.
Minęło kilka stuleci, zanim ktoś opisał coś bardziej jasno identyfikowalnego jako mgławica niż gromada gwiazd. To, co zmieniło obraz, nie było tylko rozproszonym zamieszaniem, ale zdolnością do rejestrowania i krzyżowego odwoływania się do szczegółowych pozycji i opisów nieba - rodzaj obserwacji systematycznych, które później pozwoliły astronomom rozróżnić rzeczywiste chmury gazu od czystego nierozwiązywanego światła gwiazd.
Mgławice, które świecą własnym światłem
Mgławice emisyjne świecą, ponieważ ich gaz jest jonizowany przez pobliskie gwiazdy, a nie odbija cudze światło. Gwiazdy cieplejsze niż 25.000 K zwykle emitują wystarczającą ilość jonizującego promieniowania ultrafioletowego przy długościach fal krótszych niż 91,2 nm, aby mgławice emisyjne wokół nich były jaśniejsze niż mgławice odbiciowe. Innymi słowy, temperatura pojedynczej zagnieżdżonej gwiazdy determinuje, czy mgławica wokół niej będzie świecić własnym światłem czy po prostu rozpraszać pożyczone światło.
Sam gaz nie jest egzotyczny. Większość mgławic emisyjnych to około 90% wodoru, reszta to hel, tlen, azot i inne pierwiastki. Różne jonizowane pierwiastki świecą w różnych długościach fal, dlatego zdjęcia z długim czasem ekspozycji mgławic emisyjnych często wychodzą w żywych barwach czerwieni i zieleni zamiast jednego jednolitego koloru.
Mgławice, które tylko pożyczają światło
Mgławice odbiciowe działają na zasadzie przeciwnej: ich pył nie jest wystarczająco gorący, aby być jonizowanym, więc po prostu rozprasza światło gwiazd, jak mgła rozprasza reflektory samochodu. W 1912 roku astronom Vesto Slipher przeanalizował spektrum mgławicy wokół gwiazdy Merope w Plejadach i doszedł do wniosku, że mgławica po prostu odbijała światło z Merope i gwiazdy Alcyone zamiast świecić własnym światłem. To było rzeczywiste odkrycie w tamtych czasach - nikt nie udowodnił, że światło mgławicy mogło być całkowicie pożyczone zamiast samo-generowane.
Rozróżnianie mgławic odbiciowych od emisyjnych, jako oddzielnych zjawisk fizycznych z oddzielnymi przyczynami, stało się jedną z podstawowych klasyfikacji w astronomii mgławic - i całkowicie zależało od spektroskopii, ponieważ oba typy mogą wyglądać myląco podobnie dla nagiego oka.
Mgławice, których nie widać bezpośrednio
Nie wszystkie mgławice świecą. W mgławicach ciemnych zgaszenie światła spowodowane jest międzygwiezdnym pyłem w najzimniejszych, najgęstszych częściach chmur molekularnych. Zamiast emitować lub odbijać światło, ciemna mgławica go blokuje, pojawiając się jako czarna sylweta na jaśniejszym tle gwiazd lub świecącego gazu.
Ponieważ mgławice ciemne są definiowane przez to, co blokują, a nie co emitują, teleskopy światła widzialnego są złym narzędziem do badania tego, co faktycznie się w nich znajduje - astronomowie zamiast tego polegają na długościach fal, których pył nie pochłania tak efektywnie.
Piękna śmierć gwiazdy podobnej Słońcu
Mgławice planetarne tworzą się na koniec życia gwiazd o masie pośredniej, około 1 do 8 mas słonecznych - co godne uwagi obejmuje Słońce. Gdy taka gwiazda zabraknie paliwa, wyrzuca swoje zewnętrzne warstwy w przestrzeń, pozostawiając rozszerzającą się powłokę świecącego gazu.
Nazwa to przypadek historyczny. "Mgławica planetarna" to błędne określenie: te obiekty nie mają nic wspólnego z planetami. Nazwa pochodzi od ich okrągłego, podobnego do planety kształtu widocznego przez wczesne teleskopy. Astronomowie sprzed wieków po prostu nie mogli rozwiązać drobnych szczegółów, które powiedzieliby im, że nie patrzą na inny świat.
Są również znacznie mniej substancjalne niż się wydają. Typowa mgławica planetarna ma około jednego roku światła i składa się z niezwykle rozcieńczonego gazu o gęstości zwykle między 100 a 10 000 cząsteczkami na centymetr sześcienny - prawie próżnia według każdego standardu codziennego, utrzymywana razem tylko przez ogromną skalę. Około 3000 mgławic planetarnych jest obecnie znanych w Drodze Mlecznej z około 200 miliardów gwiazd w galaktyce, przypomnienie tego, jak krótka jest ta faza życia gwiazdy w porównaniu z miliardami lat, które gwiazda spędza na głównej sekwencji.
Nie są też schludnymi kulami, które mogłaby sugerować ich nazwa. Tylko około 20% mgławic planetarnych jest sferycznie symetrycznych; reszta ma bardziej złożone, asymetryczne kształty, ukształtowane przez czynniki, nad którymi astronomowie nadal pracują. I ten los nie jest egzotyczny czy rzadki - to przyszłość Słońca. Słońce ma wytwarzać mgławicę planetarną około 12 miliardów lat po swoim powstaniu, ten sam cichy koniec, który już dotknął tysiące podobnych gwiazd w całej galaktyce.
Gwałtowna śmierć olbrzymiej gwiazdy
Gwiazdy znacznie bardziej masywne niż Słońce nie zanikają łagodnie - eksplodują, a ruiny stają się pozostałością supernowej. Eksplozja supernowej może wyrzucić materiał gwiazdy z prędkościami do 10% prędkości światła, czyli około 30 000 km/s, a wynikająca z tego fala uderzeniowa ogrzewa otaczającą plazmę do temperatur znacznie ponad miliony kelvinów. To jest całkowicie inna skala przemocy niż powolne zanikanie, które wytwarza mgławicę planetarną.
Znane pozostałości supernowej obejmują Mgławicę Kraba, Tychona (pozostałość SN 1572, nazwane na cześć Tychona Brahego) i Keplera (pozostałość SN 1604, nazwane na cześć Johannesa Keplera). Każdy jest trwałym zapisem konkretnej eksplozji, w niektórych przypadkach takiej, która była wystarczająco jasna, aby zauważyli i zapisali obserwatorzy, którzy nie wiedzieli, co właściwie widzą.
Fotografowanie Filarów Stworzenia
Nowoczesne zdjęcia mgławic zawdzięczają wiele teleskopom kosmicznym, które mogą widzieć długości fal, których żaden obserwatorium naziemne nie może dosięgnąć czystej. Słynne zdjęcie "Filary Stworzenia" struktur gazu i pyłu w Mgławicy Orzeł, zrobione przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a 1 kwietnia 1995 roku, pokazuje region około 6500-7000 lat światła od Ziemi, i pozostaje jednym z najbardziej rozpoznawalnych zdjęć astronomicznych kiedykolwiek zrobionych.
.jpg){kind=link}
Nowsze instrumenty wróciły do tego samego celu z innymi oczami. Obrazowanie podczerwone przenika przez pył, przez który nie może przejść światło widzialne, ujawniając strukturę wewnątrz filarów, którą oryginalne zdjęcie mogło tylko sugerować - dobra ilustracja tego, jak "ostateczne" kultowe zdjęcie mgławicy rzadko pozostaje ostateczne długo, ponieważ technologia teleskopowa się poprawia.