Слово туманність походить від латинського слова «хмара» або «туман» і може мати множину як туманності, так і туманності. Ця невизначеність підходить об'єкту: туманність — це просто велика, світла або затьмарювальна пляма міжзоряного середовища, і вона може означати дуже різні речі залежно від типу, на який ви дивитеся.
Деякі туманності — це регіони формування зірок, де газ і пил скупчуються разом, поки не падають у нові зірки. Інші — це руїни, залишені, коли зірка помирає — іноді м'яко, іноді в катастрофічному вибуху. Весь клас названий на честь планет, хоча вони нічого спільного з планетами не мають. Фізика кожного типу настільки різна, що астрономи повинні були придумати окремі назви, окремі пояснення і, в деяких випадках, чекати століття, щоб з'ясувати, який тип туманності вони взагалі розглядали.
Хмара без фіксованої форми
Туманності часто є регіонами формування зірок: газ, пил та інший матеріал всередині них скупчуються в більш щільні регіони, які продовжують притягувати більше матеріалу, поки вони не стають достатньо щільними, щоб утворювати зірки. Це механізм позаду більшості нових зірок, що з'являються в галактиці — вони буквально збиті з власного матеріалу туманності.
Більшість туманностей величезні, деякі охоплюють сотні світлових років. І на відміну від планети або зірки, туманність рідко має різко окреслений контур: більшість туманностей класифікуються як дифузні туманності, що означає, що вони розширені хмари без чітко визначених кордонів. Ця комбінація величезного масштабу і розмитих меж — це причина того, що довготривала астрофотографія, а не швидкий погляд крізь невелике телескоп, звичайно розкриває справжню структуру туманності.
Астрономи записують їх протягом майже 2000 років
Туманності — це не сучасне відкриття. Близько 150 року н. е. астроном Птолемей записав п'ять зірок, які виглядали туманними у книгах VII–VIII його «Альмагеста» — без будь-якого способу дізнатися, що частина того, що він описував, взагалі не була зіркою, а просто розмитою плямою світла на невідповідному місці.
Потім знадобилися століття, перш ніж хтось описав щось більш виразно ідентифіковане як туманність, а не як скупчення зірок. Що змінило картину — це не просто дифузна нечіткість, а можливість записувати та перехресно посилатися на детальні позиції та описи неба — той вид систематичних спостережень, який пізніше дозволив астрономам розрізняти справжні хмари газу від просто невиразного зоряного світла.
Туманності, які сяють власним світлом
Емісійні туманності світяться, оскільки їх газ іонізується близькими зіркам, а не відбиває чужий світ. Зірки гарячіше за 25 000 К, як правило, випромінюють достатньо іонізуючого ультрафіолетового випромінювання на довжинах хвиль коротше за 91,2 нм, щоб зробити емісійні туманності навколо них яскравішими за туманності відбиття. Іншими словами, температура однієї вбудованої зірки вирішує, чи буде туманність навколо неї світити власним світлом або просто розсіює запозичене світло.
Сам газ не екзотичний. Більшість емісійних туманностей складаються приблизно на 90% з водню, решта — з гелію, кисню, азоту та інших елементів. Різні іонізовані елементи сяють на різних довжинах хвиль, тому зображення емісійних туманностей у довготривалому режимі часто виглядають яскравими червоною та зеленою, а не в одному однакомуму кольорі.
Туманності, які тільки позичають світло
Туманності відбиття працюють за протилежним принципом: їх пил недостатньо гарячий, щоб іонізуватися, тому він просто розсіює зоряне світло, як туман розсіює фари автомобіля. У 1912 році астроном Вісто Слайфер проаналізував спектр туманності навколо зірки Меропа в Плеядах і дійшов висновку, що туманність просто відбивала світло від Меропи та зірки Альціони, а не світилася сама по собі. Це було справжнім відкриттям на той момент — ніхто не довів, що світло туманності може бути повністю запозичене, а не самогенеровано.
Розрізнення туманностей відбиття від емісійних туманностей як окремих фізичних явищ з окремими причинами стало однією з основних класифікацій туманної астрономії — і це залежало повністю від спектроскопії, оскільки два типи можуть виглядати зовні однаково невигідно для неозброєного ока.
Туманності, які ви не можете бачити напряму
Не всі туманності світяться. У темних туманностях гасіння світла спричинене міжзоряним пилом в найхолоднішій, найбільш щільній частинах молекулярних хмар. Замість того, щоб випромінювати або відбивати світло, темна туманність його блокує, виступаючи чорною силуетом на яскравішому тлі зірок або світящегося газу.
Оскільки темні туманності визначаються тим, що вони блокують, а не випромінюють, телескопи видимого світла — неправильний інструмент для вивчення того, що насправді всередину них — астрономи натомість покладаються на довжини хвиль, які пил не поглинає так ефективно.
Прекрасна смерть Сонцеподібної зірки
Планетарні туманності утворюються наприкінці життя зірок середньої маси, приблизно 1-8 сонячних мас — що, варто відзначити, включає Сонце. Коли така зірка вичерпує паливо, вона викидає свої зовнішні шари в простір, залишаючи позаду розширюючу оболонку світящегося газу.
Назва — історична випадковість. «Планетарна туманність» — це неправильна назва: ці об'єкти нічого спільного з планетами не мають. Назва походить від їх круглої, схожої на планету форми, видимої крізь ранні телескопи. Астрономи багато століть тому просто не могли розрізнити тонкі деталі, які б розповіли їм, що вони не дивляться на іншесвіт.
Вони також набагато менш істотні, ніж здаються. Типова планетарна туманність має приблизно один світловий рік у поперечнику і складається з надзвичайно розрідженого газу, щільність якого зазвичай становить від 100 до 10 000 частинок на кубічний сантиметр — майже вакуум за будь-яким повсякденним стандартом, утримуваний разом лише величезною масштабом. Близько 3000 планетарних туманностей зараз відомі в Чумацькому Шляху з приблизно 200 мільярдів зірок у галактиці, нагадування про те, наскільки коротка ця фаза зоряного життя насправді порівняно з мільярдами років, які зірка проводить на головній послідовності.
Вони також не є акуратними сферами, які може припустити їх назва. Лише близько 20% планетарних туманностей мають сферичну симетрію; решта мають більш складні, асиметричні форми, сформовані факторами, над якими астрономи все ще працюють. І ця доля не екзотична чи рідкісна — це майбутнє Сонця. Саме Сонце, як очікується, виробить планетарну туманність приблизно через 12 мільярдів років після утворення, те саме спокійне закінчення, яке вже сталося з тисячами подібних зірок у всій галактиці.
Насильницька смерть гігантської зірки
Зірки, набагато масивніші за Сонце, не зникають м'яко — вони вибухають, а обломки стають залишком надновой. Вибух надновой може викинути зоряний матеріал зі швидкостями до 10% від швидкості світла, або приблизно 30 000 км/с, а результуючу ударну хвилю нагріває навколишню плазму до температур добре вище мільйонів кельвіна. Це зовсім інша шкала насильства від повільного гасіння, яке виробляє планетарну туманність.
Добре відомі залишки надновой включають Крабову туманність, Тихо (залишок від SN 1572, названий на честь Тихо Браге) і Кеплер (залишок від SN 1604, названий на честь Йоганна Кеплера). Кожна — це постійний запис конкретного вибуху, в деяких випадках того, який був достатньо яскравим, щоб бути помічений і записаний спостерігачами, які не знали, що вони насправді бачать.
Фотографування Стовпів Творення
Сучасні зображення туманностей багато чому завдячують космічним телескопам, які можуть бачити довжини хвиль, які жоден наземний обсерваторій не може досягнути чисто. Знаменита фотографія «Стовпи Творення» структур газу та пилу в туманності Орла, зроблена космічним телескопом Габбла 1 квітня 1995 року, показує регіон приблизно в 6500-7000 світлових років від Землі, і вона залишається однією з найвпізнаваніших астрономічних зображень всіх часів.
.jpg){kind=link}
Новіші інструменти повернулися до цієї ж мети з іншими очима. Інфрачервоне зображення проходить крізь пил, через який видиме світло не може проникнути, розкриваючи структуру всередині стовпів, яку первісна фотографія могла лише натякнути — хорошу ілюстрацію того, як «остаточне» символічне зображення туманності рідко залишається остаточним впродовж тривалого часу під час поліпшення телескопної технології.