Planetarna maglica

Planetarna maglica NGC 7293.

Planetarna maglina je emisiona maglina koja se sastoji od svetlećeg jonizovanog gasa koji se širi. Ime je dobila zbog sličnosti sa izgledom planeta kada se posmatra kroz manji teleskop, ali nema nikakve veze sa planetama Sunčevog sistema. One su relativno kratkotrajan fenomen, samo nekoliko desetina hiljada godina, u odnosu na tipični stelarni životni vek od nekoliko milijardi godina.

Promatranja

Planetarne maglice su relativno tamni objekti i prividno mali objekti, niti jedna nije vidljiva golim okom. Prva otkrivena planetarna maglica je bila Messier 27 koju je otkrio Charles Messier 1764. godine. Promatrane tadašnjim slabim i nesavršenim teleskopima, planetarne maglice donekle su ličile na plinovite planete, posebice Uran i Neptun. William Herschel, otkrivač Urana, uveo je naziv planetarna maglica u uporabu. Naziv se zadržalo do danas unatoč tome što znamo da su planetarne maglice veoma različite od planeta.

Uporabom spektroskopskih metoda u 19. stoljeću počela se otkrivati narav planetarnih maglica. Pionir spektroskopije William Huggins prvi je počeo s sustavnim promatranjem različitih objekata. Njegova proučavanja zvijezda otkrila su da one imaju kontinuirani spektar ispresijecan mnogim tamnim linijama. Kasnije je otkrio da mnoge maglice poput galaksije Andromede imaju spektar sličan zvijezdama.

Planetarna maglica NGC 2392 poznata i pod imenom Eskim.

Kada je Huggins usmjerio teleskop prema NGC 6543 (poznatoj i pod imenom maglica Mačje oko), zamijetio je znatno drugačiji spektar. Umjesto kontinuiranog spektra otkrio je spektar s malim brojem emisijskih linija. Najsjajnija od tih linija bila je ona s valnom duljinom od 500,7 nm koja nije odgovarala niti jednom tada poznatom elementu. Astronomi su te linije pripisali nepoznatom elementu kojeg su nazvali nebulium. Na sličan je način otkriven i Helij prilikom spektroskopskih promatranja Sunca.

Znanstvenici su uskoro uspjeli izolirati helij na Zemlji ali ne i nebulium. Uskoro su neki znanstvenici na početku 20. stoljeća pretpostavili da emisijska linija od 500,7nm odgovara poznatom elementu u nepoznatim uvjetima.

Napredak fizike i izvršavanje određenih pokusa pokazalo je da linija od 500,7 nm odgovara dvostruko ioniziranom kisiku (O² ili OIII). Kako je takva ionizacija moguća samo u veoma rijetkom plinu to je bio direktan dokaz da se od takvog plina sastoje planetarne maglice. Spektroskopska promatranja pokazala su i da sve planetarne maglice polagano šire.

Središnje zvijezda planetarnih maglica su veoma vruće ali i relativno tamne što govori da su veoma male. Uskoro se pokazalo da su te zvijezde zapravo bijeli patuljci, užarene jezgre nekadašnjih zvijezda.

Porijeklo

Planetarna maglica M57.

Većina zvijezda doživjet će svoj kraj kao planetarne maglice. Zvijezde teže od 8 sunčevih masa doživjet će kraj kao supernova ali zvijezde srednje i male mase, poput našeg Sunca, na kraju evoluira u planetarnu maglicu.

Zvijezde na kraju svoje evolucije potroše sav vodik i onda počnu koristiti druge elemente za stvaranje energije poput helija. Fuzioniranjem vodika u helij zvijezda se nalazila u ravnoteži između gravitacije koja želi urušiti zvijezdu i sile zračenja koje želi raspršiti zvijezdu. Prelaskom na druga nuklearna goriva poput helija i ugljika uzrokuje pulsacije zvijezde što dovodi do odbacivanja plinovitih omotača u okolni prostor. Ova pojava poznata je pod nazivom nova. Izbačeni plin sada tvori oblak oko sad izložene jezgre zvijezde. Kada se izlože slojevi temperature od 30.000 K tada postoji dovoljno UV zračenja za ioniziranje odbačenih plinova što uzrokuje njihov sjaj. Taj sjajni oblak sad se naziva planetarna maglica.

Životni vijek

Planetarne maglice su kratkotrajni objekti. Oblak plina konstantno se širi od središnje zvijezde brzinom od nekoliko km u sekundi. Kako se plinovi šire tako se hlade i pada snaga UV zračenja zbog kojeg svijetle. Kako se maglica sve više širi njeni plinovi se kombiniraju s međuzvjezdanim plinovima i tako ga obogaćuju s teškim elementima. Središnja zvijezda nema više goriva za fuzijske reakcije i ona se polako počinje hladiti. Takve zvijezde poznate su kao bijeli patuljci. Planetarna maglice traju u prosjeku oko 10.000 godina.

Karakteristike

Računalna simulacija oblika planetarne maglice nastalog od zvijezde s savinutim diskom. Simulacija pokazuje kako male početne asimetričnosti utječu na oblik maglice.

Fizičke karakteristike

Tipična planetarna je maglica s promjerom od oko 1 svjetlosne godine i sastoji se od iznimno rijetkog plina, čija je gustoća oko 1000 čestica po cm³. Mlade planetarne maglice imaju veću gustoću, ponekad čak i do 10⁶ čestica po cm³. Kako se maglica širi tako i njena gustoća pada.

Zračenje središnje zvijezde zagrijava plinove na temperaturu od oko 10.000 K. Suprotno logici, plin je često topliji što je udaljeniji od središnje zvijezde. Uzrok tome je manja šansa da se energičniji foton teže apsorbira, a manje energični lakše. Apsorpcijom fotona plin se zagrijava na visoke temperature.

Broj i distribucija

Oko 3000 planetarnih maglica je poznato diljem naše galaktike koju čini oko 200 milijarda zvijezda. Njihova kratkotrajnost uzrok je njihove malobrojnosti. Planetarne maglice većino se nalaze u ravnini Mliječne staze s najvećom koncentracijom prema središtu galaksije. Rijetko se uočavaju u zvjezdanim skupovima. Dosad su nađene samo u kuglastim skupovima M15, M22, NGC 6441 i Palomar 6.

Morfologija

Samo 20% planetarnih maglica su sferno simetrične. Različiti oblici maglica postoje od kojih su neki veoma kompleksni. Uzrok kompleksnosti nije poznat ali se vjerojatno radi o gravitacijskom utjecaju zvijezda pratiljama ili planetima. Vjeruje se da i magnetno polje zvijezde ima veliki utjecaj na oblik buduće maglice.

Poznatije planetarna maglice

• M57 se zbog svoje oblika smatra prototipom planetarne maglice.
• M27 je prva otkrivena i jedna od strukturno najzanimljivijih maglica.
• NGC 2392 je poznata po svom izgledu koji podsjeća na Eskima.
• NGC 6543 je poznata i svijetla planetarna maglica nazvana Mačje oko.

Literatura

• Aller, Lawrence H.; Hyung, Siek (19–23 November 2001) [2001], Kwok, Sun; Dopita, Michael; Sutherland, Ralph, ur., „Historical Remarks on the Spectroscopic Analysis of Planetary Nebulae (invited review)”, Proceedings of the 209th Symposium of the International Astronomical Union, Planetary Nebulae: Their Evolution and Role in the Universe (Canberra, Australia: Astronomical Society of the Pacific) 209: 15, Bibcode 2003IAUS..209...15A 
• Allison, Mark (2006), Star clusters and how to observe them, Birkhäuser, pp. 56–8, ISBN 978-1-84628-190-7 
• Bowen, I. S. (October 1927), „The Origin of the Chief Nebular Lines”, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 39: 295–7, Bibcode 1927PASP...39..295B, DOI:10.1086/123745 
• Frankowski, Adam; Soker, Noam (November 2009), „Very late thermal pulses influenced by accretion in planetary nebulae”, New Astronomy 14 (8): 654–8, Bibcode 2009NewA...14..654F, DOI:10.1016/j.newast.2009.03.006, »A planetary nebula (PN) is an expanding ionized circumstellar cloud that was ejected during the asymptotic giant branch (AGB) phase of the stellar progenitor.« 
• Gurzadyan, Grigor A. (1997), The Physics and dynamics of planetary nebulae, Springer, ISBN 978-3-540-60965-0 
• Harpaz, Amos (1994), Stellar Evolution, A K Peters, Ltd., ISBN 978-1-56881-012-6 
• Hora, Joseph L.; Latter, William B.; Allen, Lori E.; Marengo, Massimo; Deutsch, Lynne K.; Pipher, Judith L. (September 2004), „Infrared Array Camera (IRAC) Observations of Planetary Nebulae”, Astrophysical Journal Supplement Series 154 (1): 296–301, Bibcode 2004ApJS..154..296H, DOI:10.1086/422820 
• Hubble Witnesses the Final Blaze of Glory of Sun-Like Stars, Hubblesite.org, 17. 12. 1997., arhivirano iz originala na datum 2010-04-01, pristupljeno 9. 8. 2008 
• Huggins, W.; Miller, W. A. (1864), „On the Spectra of some of the Nebulae”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 154: 437–44, Bibcode 1864RSPT..154..437H 
• Iliadis, Christian (2007), Nuclear physics of stars. Physics textbook, Wiley-VCH, pp. 18, 439–42, ISBN 978-3-527-40602-9 
• Jacoby, George. H.; Ferland, Gary. J.; Korista, Kirk T. (2001), „The Planetary Nebula A39: An Observational Benchmark for Numerical Modeling of Photoionized Plasmas”, The Astrophysical Journal 560 (1): 272–86, Bibcode 2001ApJ...560..272J, DOI:10.1086/322489 
• Jordan, S.; Werner, K.; O'Toole, S. J. (March 2005), „Discovery of magnetic fields in central stars of planetary nebulae”, Astronomy & Astrophysics 432 (1): 273–9, Bibcode 2005A&A...432..273J, DOI:10.1051/0004-6361:20041993 
• Kiss, L. L.; Szabó, Gy. M.; Balog, Z.; Parker, Q. A.; Frew, D. J. (November 2008), „AAOmega radial velocities rule out current membership of the planetary nebula NGC 2438 in the open cluster M46”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 391 (1): 399–404, Bibcode 2008MNRAS.391..399K, DOI:10.1111/j.1365-2966.2008.13899.x 
• Krause, Arthur (1961), Astronomy, Oliver and Boyd, p. 187 
• Kwok, Sun (2000), The origin and evolution of planetary nebulae, Cambridge University Press, ISBN 0-521-62313-8  (Chapter 1 can be downloaded here Arhivirano 2004-07-08 na Wayback Machine-u.)
• Kwok, Sun (June 2005), „Planetary Nebulae: New Challenges in the 21st Century”, Journal of the Korean Astronomical Society 38 (2): 271–8, Bibcode 2005JKAS...38..271K, DOI:10.5303/JKAS.2005.38.2.271 
• Kwok, Sun; Su, Kate Y. L. (December 2005), „Discovery of Multiple Coaxial Rings in the Quadrupolar Planetary Nebula NGC 6881”, The Astrophysical Journal 635 (1): L49–52, Bibcode 2005ApJ...635L..49K, DOI:10.1086/499332, »We report the discovery of multiple two-dimensional rings in the quadrupolar planetary nebula NGC 6881. As many as four pairs of rings are seen in the bipolar lobes, and three rings are seen in the central torus. While the rings in the lobes have the same axis as one pair of the bipolar lobes, the inner rings are aligned with the other pair. The two pairs of bipolar lobes are likely to be carved out by two separate high-velocity outflows from the circumstellar material left over from the asymptotic giant branch (AGB) wind. The two-dimensional rings could be the results of dynamical instabilities or the consequence of a fast outflow interacting with remnants of discrete AGB circumstellar shells.« 
• Kwok, Sun; Koning, Nico; Huang, Hsiu-Hui; Churchwell, Edward (2006), „Planetary nebulae in the GLIMPSE survey”, Proceedings of the International Astronomical Union, Symposium #234, Planetary Nebulae in our Galaxy and Beyond (Cambridge: Cambridge University Press) 2 (S234): 445–6, Bibcode 2006IAUS..234..445K, DOI:10.1017/S1743921306003668, »Planetary nebulae (PNs) have high dust content and radiate strongly in the infrared. For young PNs, the dust component accounts for ∼1/3 of the total energy output of the nebulae (Zhang & Kwok 1991). The typical color temperatures of PNs are between 100 and 200 K, and at λ >5 μm, dust begins to dominate over bound-free emission from the ionized component. Although PNs are traditionally discovered through examination of photographic plates or Hα surveys, PNs can also be identified in infrared surveys by searching for red objects with a rising spectrum between 4-10 μm.« 
• Liu, X.-W.; Storey, P. J.; Barlow, M. J.; Danziger, I. J.; Cohen, M.; Bryce, M. (March 2000), „NGC 6153: a super–metal–rich planetary nebula?”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 312 (3): 585–628, Bibcode 2000MNRAS.312..585L, DOI:10.1046/j.1365-8711.2000.03167.x 
• Maciel, W. J.; Costa, R. D. D.; Idiart, T. E. P. (October 2009), „Planetary nebulae and the chemical evolution of the Magellanic Clouds”, Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica 45: 127–37, Bibcode 2009RMxAA..45..127M, »These objects are produced by low and intermediate mass stars, with main sequence masses roughly between 0.8 and 8 M_⊙, and present a reasonably large age and metallicity spread.« 
• Majaess, D. J.; Turner, D.; Lane, D. (December 2007), „In Search of Possible Associations between Planetary Nebulae and Open Clusters”, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 119 (862): 1349–60, Bibcode 2007PASP..119.1349M, DOI:10.1086/524414 
• Marochnik, L.S.; Shukurov, Anwar; Yastrzhembsky, Igor (1996), „Chapter 19: Chemical abundances”, The Milky Way galaxy, Taylor & Francis, pp. 6–10, ISBN 9782881249310 
• Mermilliod, J.-C.; Clariá, J. J.; Andersen, J.; Piatti, A. E.; Mayor, M. (August 2001), „Red giants in open clusters. IX. NGC 2324, 2818, 3960 and 6259”, Astronomy and Astrophysics 375 (1): 30–9, Bibcode 2001A&A...375...30M, DOI:10.1051/0004-6361:20010845 
• Moore, S. L. (October 2007), „Observing the Cat's Eye Nebula”, Journal of the British Astronomical Association 117 (5): 279–80, Bibcode 2007JBAA..117R.279M 
• Morris, M. (1990), „Bipolar asymmetry in the mass outflows of stars in transition”, Mennessier, M.O.; Omont, Alain, From Miras to planetary nebulae: which path for stellar evolution?, Montpellier, France, September 4–7, 1989 IAP astrophysics meeting: Atlantica Séguier Frontières, pp. 526–30, ISBN 9782863320778 
• Osterbrock, Donald E.; Ferland, G. J. (2005), Ferland, G. J., ur., Astrophysics of gaseous nebulae and active galactic nuclei, University Science Books, ISBN 978-1-891389-34-4 
• Parker, Quentin A.; Acker, A.; Frew, D. J.; Hartley, M.; Peyaud, A. E. J.; Ochsenbein, F.; Phillipps, S.; Russeil, D. i dr.. (November 2006), „The Macquarie/AAO/Strasbourg Hα Planetary Nebula Catalogue: MASH”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 373 (1): 79–94, Bibcode 2006MNRAS.373...79P, DOI:10.1111/j.1365-2966.2006.10950.x 
• Reed, Darren S.; Balick, Bruce; Hajian, Arsen R.; Klayton, Tracy L.; Giovanardi, Stefano; Casertano, Stefano; Panagia, Nino; Terzian, Yervant (November 1999), „Hubble Space Telescope Measurements of the Expansion of NGC 6543: Parallax Distance and Nebular Evolution”, Astronomical Journal 118 (5): 2430–41, Bibcode 1999AJ....118.2430R, DOI:10.1086/301091 
• Renzini, A. (1987), S. Torres-Peimbert, ur., „Thermal pulses and the formation of planetary nebula shells”, Proceedings of the 131st symposium of the IAU: 391–400, Bibcode 1989IAUS..131..391R 
• Soker, Noam (February 2002), „Why every bipolar planetary nebula is `unique'”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 330 (2): 481–6, Bibcode 2002MNRAS.330..481S, DOI:10.1046/j.1365-8711.2002.05105.x 
• The first detection of magnetic fields in the central stars of four planetary nebulae, SpaceDaily Express, 6. 1. 2005., pristupljeno 18. 10. 2009, »Source: Journal Astronomy & Astrophysics«