Tумaннocть Koшaчий Глaз (NGC 654З) – плaнeтapнaя тумaннocть, удaлeннaя нa ЗЗ00 cвeтoвыx лeт. Haxoдитcя нa тeppитopии Дpaкoнa. Oтличaeтcя нeпpивычнoй cтpуктуpoй. Пoявилacь тыcячeлeтиe нaзaд пocлe тoгo, кaк pacкaлeннaя звeздa вытoлкнулa внeшниe cлoи. Зa нeй лeгкo нaблюдaть житeлям ceвepныx шиpoт, пoтoму чтo pacпoлoжeнa пpaктичecки в нaпpaвлeнии ceвepнoгo эклиптичecкoгo пoля. Bы зaмeтитe диффузный cинe-зeлeный диcк, чepeз кoтopый пpoxoдит s-oбpaзнaя кpивaя. Bидимый paзмep ядpa – 20’’. Oблaдaeт выcoким уpoвнeм пoвepxнocтнoй яpкocти.
Ocнoвную чacть тумaннocти cocтaвляют вoдopoд и гeлий, a тaкжe нeбoльшиe пpимecи бoлee тяжeлыx элeмeнтoв. Этo oднa из пepвыx нaйдeнныx плaнeтapныx тумaннocтeй. Звeздa-пpeдшecтвeнницa в цeнтpe oтнocитcя к типу O7 и пpeвocxoдилa Coлнцe пo яpкocти в 10000 paз, нo дocтиглa лишь 0.65 paз eгo paдиуca. Из-зa cтpeмитeльнoгo звeзднoгo вeтpa зa ceкунду тepяeт 20 тpиллиoнoв coлнeчныx мacc, a ee тeмпepaтуpный пoкaзaтeль – 80000 K.
Пepвoнaчaльнaя мacca – 5 coлнeчныx. Звeздный вeтep paзгoняeтcя дo 1900 км/c. Cкopocть pacшиpeния тумaннocти Koшaчий Глaз в coзвeздии Дpaкoн – 16.4 км/c, a углoвaя – З.457 углoвыx миллиceкунд в гoд.
B 1786 гoду ee зaмeтил Уильям Гepшeль. B тeлecкoп пoдoбныe oбъeкты пoxoдили нa плaнeты, пoэтoму oн нaчaл нaзывaть иx плaнeтapными тумaннocтями. 29 aвгуcтa 1864 гoдa Уильям Xaггинc cумeл иccлeдoвaть cпeктp и пoкaзaл, чтo oни вмeщaют нe звeзды, a pacкaлeнныx гaз.
Koшaчий Глaз cтaлa пepвoй в cвoeм видe, кoтopую изучили cпeктpocкoпoм. Tумaннocть Koшaчий Глaз oтличaeтcя cлoжнoй cтpуктуpoй, включaющeй узлы, пузыpи, кoнцeнтpичecкиe гaзoвыe oбoлoчки и cтpуи. Bce этo oтoбpaзилocь нa изoбpaжeнияx тeлecкoпa Xaббл, дoбытыx в 1994 гoду. Boзмoжнo, дeлo в тoм, чтo мaтepиaл выдeляeтcя из двoичнoй цeнтpaльнoй звeзды. Ho нaличиe бинapнoгo cпутникa пoкa нe пoдтвepдилocь.
Яpкaя oблacть внутpи тумaннocти зaнимaeт мaлo мecтa, a ocь внутpeннeгo эллипca oxвaтывaeт 16.1 углoвыx ceкунд. Koндeнcaции oтcтpaнeны нa 24.7 углoвыx ceкунд, a диaмeтp вытянутoгo гaлo – 5.8 углoвыx минут. Pacшиpeнный opeoл (15000K) пpeдcтaвлeн вeщecтвoм, вытoлкнутым нa этaпe кpacнoгo гигaнтa. Teмпepaтуpa глaвнoгo тeлa – 7000-9000 K.
24 aпpeля 1900 гoдa Э. Бapнapд выявил яpчaйший узeл гaлo тумaннocти. Eгo дaжe зaнecли в кaтaлoг пoд IC 4677. Cтpуктуpa яpкoй цeнтpaльнoй oблacти пoявилacь из-зa звeзднoгo вeтpa, кoнтaктиpующeгo c вытecнeнным мaтepиaлoм. Beтep буквaльнo «выpвaл» внутpeнний пузыpь и paзopвaл нa кoнцax.
У тумaннocти Koшaчий Глaз в coзвeздии Дpaкoн ecть 11 или бoльшe кoнцeнтpичecкиx кoлeц, pacпoлoжeнныx paвнoмepнo зa чepтoю цeнтpaльнoй oблacти. Пoлaгaют, чтo иx выбpocили дo тoгo, кaк cдвинулacь внeшняя oбoлoчкa. Пульcaции нaчaлиcь eщe 15000 лeт нaзaд и пpeкpaтилиcь, кoгдa cфopмиpoвaлacь цeнтpaльнaя чacть (1000 лeт нaзaд).
Macca гaлo – 0.26-0.92 coлнeчнoй. Пpoйдeт eщe 5 миллиapдoв лeт и Coлнцe пoвтopит cудьбу цeнтpaльнoй звeзды тумaннocти. Oнo тpaнcфopмиpуeтcя в кpacнoгo гигaнтa, увeличив диaмeтp в 100 paз, и вытecнит внeшниe cлoи. Ядpo будeт ocвeщaть oкpужaющий мaтepиaл, coздaвaя плaнeтapную тумaннocть.
Heт никaкиx тoчныx дaнныx o пpoцecce, вызвaвшeм выбpoc звeзднoгo мaтepиaлa c интepвaлaми, cпocoбcтвующими coздaнию кoнцeнтpичecкиx кoлeц. Oбычнo интepвaл пульcaций зaнимaeт дecятки тыcяч лeт, a у мeньшиx – дecятилeтия. Aнaлиз пoкaзывaeт, чтo интepвaл импульcoв тумaннocти cocтaвил 1500 лeт. B тeчeниe cлeдующиx тыcячeлeтий тумaннocть будeт pacceивaтьcя, пoкa пoлнocтью нe иcчeзнeт.
Туманность Кошачий Глаз была одной из первых обнаруженных планетарных туманностей и является одной из самых сложных известных объектов такого типа. Она образовалась около 1000 лет назад, когда стареющая звезда достигла конца своей жизни и выбросила внешние слои газа и пыли в космос. Выброшенные вещества теперь окружают ядро горячей планетарной туманности, которое их освещает.
Планетарные туманности являются относительно недолговечными явлениями. Обычно они существуют всего 10000 лет. Туманность Кошачий Глаз будет постепенно рассеиваться в течение следующих нескольких тысяч лет, а звезда-прародительница, в конечном итоге, остынет и медленно исчезнет, превратившись в белого карлика.
Туманность Кошачий Глаз расширяется со скоростью 16,4 км/ с. Ее угловая скорость расширения составляет 3,457 миллисекунды в год.
Туманность состоит в основном из водорода и гелия с меньшим количеством более тяжелых элементов, таких как углерод, азот и кислород.
Наблюдения в дальнем инфракрасном диапазоне показали присутствие в туманности холодной звездной пыли. Пыль, вероятно, образовалась на заключительных этапах жизни центральной звезды. Она имеет расчетную массу 6,4×10-4 солнечных масс и поглощает свет туманности. Инфракрасные наблюдения также обнаружили присутствие неионизированного молекулярного водорода и аргона. Яркие области молекулярного водорода на внутреннем краю внешнего ореола туманности указывают на присутствие ударных волн, возбуждающих молекулярный водород.
Центральная звезда-прародительница, занесенная в каталог как HD 164963, представляет собой звезду типа O7 + WR с радиусом всего 0,65 от солнечного. Она примерно в 10000 раз ярче Солнца. Температура звезды составляет около 80000 К. Она теряет около 20 триллионов тонн массы в секунду из-за быстрого звездного ветра. Это соответствует потере 3,2×10-7 солнечных масс в год.
Считается, что первоначально масса звезды примерно в 5 раз превышала массу Солнца, а в настоящее время, по оценкам, составляет всего одну солнечную массу. Скорость звездного ветра составляет около 1900 км/с.
Туманность Кошачий Глаз имеет сложную структуру, которая включает концентрические газовые оболочки и газовые струи. Они были видны на снимках высокого разрешения, сделанных широкоугольной планетарной камерой 2 на борту космического телескопа Хаббл 18 сентября 1994 года. Структурная сложность туманности может быть результатом выброса вещества из двойной звездной системы, но существование звезды-компаньона пока не было подтверждено.
Механизм, обусловивший морфологию туманности, до конца не изучен. NGC 6543 содержит внутренний удлиненный пузырь, заполненный высокотемпературным газом. Пузырь заключен в два больших сферических пузыря, которые соединяются в середине. Середина выглядит как еще один большой эллипс, перпендикулярный тому, который заполнен горячим газом.
Структура яркой центральной области является результатом быстрого звездного ветра от центральной звезды, взаимодействующего с материалом, выброшенным из звезды. Ветер выдолбил внутренний пузырь туманности и разорвал его с обоих концов.
Яркая внутренняя часть окружена 11 или более концентрическими кольцами. Равномерно расположенные кольца на самом деле являются краями сферических пузырей. Считается, что они были выброшены, когда звезда-прародительница находилась на ветви асимптотических гигантов, прежде чем она выбросила свою внешнюю оболочку. Звезда выбросила свой материал серией импульсов с интервалом в 1500 лет. В результате этих пульсаций образовались пылевые оболочки, которые расположены луковицеобразной структурой вокруг центральной звезды. Кольца были сняты усовершенствованной камерой Хаббла для съемок в 2002 году.
Точный механизм, который вызывал выброс звездного вещества с интервалами, необходимыми для формирования концентрических колец вокруг Кошачьего Глаза, пока неизвестен. Пульсации, приводящие к образованию планетарных туманностей, обычно происходят с интервалом в десятки тысяч лет, а меньшие поверхностные пульсации происходят с интервалами от нескольких лет до десятилетий.
Пульсации, которые привели к образованию колец, начались около 15000 лет назад и прекратились, когда центральная часть туманности сформировалась около 1000 лет назад. Большое протяженное гало туманности также было создано до появления основной туманности. Масса гало составляет от 0,26 до 0,92 массы Солнца, в то время как общая масса колец составляет около 0,1 массы Солнца.
Яркая внутренняя область NGC 6543 относительно невелика, большая ось внутреннего эллипса охватывает всего 16,1 угловых секунд. Диаметр внешнего уплотнения составляет 24,7 угловых секунды, а протяженный ореол туманности имеет диаметр приблизительно 386 угловых секунд.
Внешнее гало имеет температуру около 15000 К и состоит из вещества, выброшенного центральной звездой на стадии красного гиганта. Оно намного менее плотное, чем основная туманность. Температура основного тела туманности составляет от 7000 до 9000 К.
NGC 6543 была открыта британским астрономом Уильямом Гершелем, родившимся в Германии 15 февраля 1786 года. Гершель сравнил внешний вид туманности с диском внешней планеты, если смотреть в маленький телескоп, из-за чего планетарные туманности получили свое название. Хотя термин “планетарная туманность” является неправильным, он прижился и до сих пор используется для обозначения этих объектов.
Английский астроном-любитель Уильям Хаггинс изучил спектр туманности 29 августа 1864 года и впервые показал, что планетарные туманности содержат горячие газы, но не звезды. Кошачий Глаз был первой планетарной туманностью, изученной с помощью спектроскопа. С тех пор ее наблюдали во всем электромагнитном спектре, от инфракрасного до рентгеновского.
Наблюдения на длинах волн рентгеновского излучения выявили в туманности исключительно горячий газ с температурой 1,7×10^6 К. Считается, что горячий газ является результатом взаимодействия быстрого звездного ветра с веществом, ранее выброшенным из центральной звезды. В результате взаимодействия образовался полый пузырь во внутренней области туманности.
Наблюдения с помощью рентгеновской обсерватории Чандра также выявили сильное рентгеновское излучение со стороны звезды-прародителя. Излучение все еще интригует астрономов и может указывать на существование горячего аккреционного диска, вызванного переносом массы в двойной звездной системе.
Несколько источников ставят под сомнение расстояние в 3300 световых лет, которые предполагают, что туманность находится на расстоянии 5300 световых лет (1623 парсека) от нас.
Самый яркий из узлов в гало туманности был обнаружен американским астрономом Эдвардом Эмерсоном Барнардом 24 апреля 1900 года. Узел имеет собственную запись в каталоге IC: IC 4677. Объект выглядит как часть кольца вокруг Кошачьего Глаза и находится на расстоянии 1,8 угловой минуты от NGC 6543.
Туманность Кошачий Глаз находится в созвездии Дракона, примерно в двух пятых пути от Атебины (Эта Дракона) до Альтаиса (Дельта Дракона). Атебайн – самая яркая звезда вдоль воображаемой линии, протянутой от Кохаба через Феркад в астеризме Малый Ковш, а Алтаис – самая яркая звезда примерно на полпути между Денебом и Кохабом.
Туманность Кошачий Глаз легко наблюдать из северных широт, поскольку она расположена почти точно в направлении северного полюса эклиптики. Она находится на расстоянии 4,4 угловых минуты от полюса.
В телескопы туманность выглядит как расплывчатый сине-зеленый диск, пересеченный s-образной коричневой кривой, со сложной круглой структурой во внутренней области. Ядро туманности имеет видимый размер 20 дюймов и высокую поверхностную яркость. NGC 6543 имеет общую видимую звездную величину 8,1.
Для наблюдателей в северном полушарии созвездие Дракона видно в течение всего года. Лучшее время года, чтобы увидеть ее – июль месяц, когда она хорошо видна на вечернем небе. Все созвездие видно из мест к северу от 15 ° южной широты.
При склонении 66°38’ туманность Кошачий Глаз никогда не поднимается для наблюдателей южнее 23° южной широты. Она никогда не появляется очень высоко над северным горизонтом для наблюдателей в экваториальных широтах.
Астрономы выяснили, какую еще тайну хранит в себе одна из самых сложных по своей структуре планетарных туманностей.
Ученые давно предполагали, что туманность "Кошачий Глаз" или NGC 6543, которая находится в созвездии Дракона на расстоянии в 3 тысячи световых лет от нас, таит в себе секрет. Он состоит в том, что в центре туманности должна находится не одна умирающая звезда, а двойная звездная система из звезд, которые закачивают свою жизнь. И теперь этому есть подтверждение, пишет Live Science.
Планетарные туманности представляют собой оболочку из газа, которая окружают умирающую звезду – белого карлика. Когда звезда, размером с наше Солнце приближается к моменту окончания своей жизни, то она выбрасывает в космос в результате впечатляющего взрыва свою внешнюю оболочку. Этот газ превращается в яркий и красивый пузырь вокруг центральной звезды. Эта звезда, хоть и умирает, но продолжает освещать окружающее ее вещество, которое принимает удивительные красочные формы.
Например, форма туманности NGC 6543 напомнила астрономам глаз кошки, а потому получила свое второе название – туманность "Кошачий Глаз". Данная туманность считается одной из самых сложных по своей структуре и состоит из нескольких пузырей из газа, которые пересекают друг друга.
До сих пор ученые пытаются выяснить с чем связана такая странная структура этой планетарной туманности. Исследование, опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society может прояснить ситуацию.
С помощью данных наземных телескопов, которые показывают движение разных слоев газа в туманности, ученые создали первую в истории трехмерную модель туманности "Кошачий Глаз". Новая модель показала существование идеально симметричных колец, расположенных по всей длине внешней оболочки туманности. Ученые считают, что такая симметрия могла появится только в результате двойного выброса энергии.
По словам ученых, когда звезда почти погасла, то в результате взрыва она выбросила в космос одновременно два потока очень плотного газа в противоположных направлениях. Но вместо того, чтобы оставаться на месте, эти потоки газа струи начали раскручиваться, как волчок, и оставили кольца газа вокруг звезды.
Но такие струи встречаются очень редко и их обнаруживали раньше только там, где находятся две звезды, которые вращаются вокруг друг друга. Поэтому ученые сделали вывод, что туманность Кошачий Глаз когда-то была двойной звездной системой и в ее центре находится не одна, а две умирающие звезды.
Ученые до сих пор точно не определили возраст туманности Кошачий Глаз и считают, что она появилась примерно 1000 лет назад, хотя некоторые считают, что она старше и ей почти 2000 лет.
Туманность Кошачий Глаз, также известная как NGC 6543, является планетарной туманностью. Однако она вообще не связана с планетами; этот термин возник лишь потому, что их круглая форма напоминает планеты визуально. Такие туманности – это то, что остается после того, как звезда исчерпает топливо для сгорания и достигнет конца своей жизни.
Хотя планетарные туманности имеют общие характеристики, туманность Кошачий Глаз является одним из самых сложных примеров, обнаруженных на сегодняшний день. В целом он имеет круглую форму, но в ее внутренней части преобладает ромбовидная структура, похожая на зрачок кошачьего глаза, заполненная узлами, раковинами и нитями.
Туманность – участок межзвездной среды, который выделяется либо своим излучением, либо поглощением излучения на общем фоне. Иногда под туманностями понимаются галактики, например, галактика Андромеда.
Это также одна из наиболее изученных туманностей на небе, но некоторые аспекты ее структуры все еще вызывают недоумение. Их нелегко объяснить в рамках существующей модели формирования планетарных туманностей, называемой моделью взаимодействующих звездных ветров.
Согласно этой модели, звезда раздувается до красного гиганта (как Бетельгейзе) и создает медленный звездный ветер, который выталкивает звездный материал в космос. Затем, в конце этой стадии жизни, звезда выбрасывает свой внешний материал в космос, а ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением ядерного синтеза, коллапсирует под действием гравитации, образуя белый карлик.
Очень горячий белый карлик генерирует быстрый звездный ветер, который врезается в материал при более медленном ветре, сотрясая газ и создавая оболочки. Однако почти идеально симметричная биполярная форма туманности Кошачий глаз не соответствует этой модели.
Райан Клермонт заручился помощью астрономов Вольфганга Штеффена из Национального автономного университета Мексики и Нико Конинга из Университета Калгари в Канаде и использовал программное обеспечение для астрофизического моделирования SHAPE, чтобы деконструировать то, что происходит внутри центральной области туманности Кошачий Глаз.
Трехмерная модель, которую они построили, выявила кое-что интересное: спиралевидные кольца газа высокой плотности, частично обернутые вокруг внешней оболочки туманности, симметрично расположенные вокруг двух ее лепестков. Эта симметрия предполагает, что кольца являются результатом высокоскоростных струй, выброшенных из полюсов звезды в центре Кошачьего Глаза. Поскольку звезда, породившая их, раскачивалась, как волчок – движение, называемое вращательной прецессией, – это привело к тому, что струи вышли в форме спирали.
Их незавершенность означает, что струи извергались лишь на короткое время, прежде чем были прерваны.
Единственный известный объект, который может создавать прецессирующий джет в планетарной туманности, – это двойная звезда. Звезда в центре Кошачьего Глаза считается звездой типа Вольфа-Райе, еще не совсем белым карликом, но не за горами, все еще теряющей массу по мере сжигания последних запасов топлива. Такие звезды в сочетании с другой звездой могут создавать поистине впечатляющие туманности.
Предыдущие исследования предполагали, что в сердце туманности Кошачий Глаз может скрываться двойной компаньон. Это открытие поддерживает данную интерпретацию. Будущие наблюдения и анализ смогут учесть эту модель, чтобы лучше интерпретировать странную динамику этого очаровательного призрака угасшей звезды.
Впервые туманность Кошачий Глаз была обнаружена английским оптиком, астрономом и композитором Уильямом Гершелем в 1786 году. Позже планетарная туманность стала первой, наблюдаемой при помощи спектроскопа Уильяма Хаггинса в 1864 году. Его наблюдения показали, что спектр не является постоянным, а состоит из ряда ярких эмиссионных линий. Это означает, что туманности состоят из разреженного ионизированного воздуха.
Наблюдения за туманностью Кошачий Глаз в дальнем инфракрасном диапазоне длин волн показало наличие звездной пыли при низких температурах. Есть мнение, что пыль образовалась на последних этапах жизни звезды-предшественника.
Инфракрасные наблюдения, к тому же, доказывают присутствие таких неионизированных материалов, как молекулярный водород и аргон. Дело в том, что обычно в планетарных туманностях молекулярное излучение сильно на большом расстоянии от звезды, но, в случае с Кошачьим Глазом, излучение молекулярного водорода видится ярким даже на внутреннем краю ее внешнего гало.
Телескоп «Хаббл» сыграл немалую роль в изучении туманности Кошачий Глаз. Изображение, полученное с его помощью, выполнено в ложном цвете, что позволяет изучить области с высокой и низкой ионизацией. Снимок позволил выявить две области из менее ионизированного материала на краю туманности.
Для расчета возраста планетарной туманности NGC 6543 было использовано угловое расширение. Так, если бы она расширялась со скоростью 10 миллисекунд в год, необходимо было бы от 740 до 1260 лет, чтобы достичь диаметра в 20 угловых секунд.
Так, этот возраст считается верхним пределом, поскольку выбрасываемый материал сталкивается с другим материалом, источаемым звездой на более ранних стадиях ее эволюции, и с межзвездной средой.
А вот пиковидные внешние части Кошачьего Глаза имеют чуть больший возраст – около 1600 лет, так как образовались от вещества, которое выбрасывала звезда еще до образования туманности.
В основном туманность Кошачий Глаз, как и многие другие объекты вселенной, состоит из водорода и гелия. Согласно исследованиям, более тяжелые элементы здесь присутствуют в небольших количествах. Спектроскопические исследования могут позволить точнее определить химический состав.
Однако разные исследования могут показывать разное количество элементов. Часто это происходит потому, что спектрографы не собирают весь свет от объектов, а могут собирать свет из незначительной щели. Поэтому при исследованиях отбираются образцы разных частей туманности.
Содержание веществ обычно выражается относительно водорода, так как он является самым распространенным элементом. Содержание гелия по отношению к водороду в туманности Кошачий Глаз составляет 0,12. Углерод и азот по такому же принципу занимают 0,0003 туманности, а кислород – 0,0007.
Такое содержание вполне нормально для планетарных туманностей, но содержание кислорода, углерода и азота, все же, превышают значения, характерные для Солнца. Происходит это из-за эффектов нуклеосинтеза, который обогащает звезду тяжелыми элементами перед выбросом в виде туманности.
Согласно исследованиям, в 2001 году Рентгеновская обсерватория Чандра провела свои исследования. Наблюдения показали наличие невероятно горячего газа внутри туманности Кошачий Глаз. Температура его – около 1,7 миллионов градусов по Цельсию! На данный момент существует версия, что образуется газ из-за взаимодействия быстрого звездного ветра с ранее выброшенным веществом. Рентгеновские наблюдения также выявили точечный источник в положении центральной звезды.
Обсерватория Чандра продолжила исследования и в 2012 году, после чего был сделан вывод, что все точечные источники рентгеновского излучения демонстрируют более жесткие спектры, чем ожидалось.
Все еще остается большое количество вопросов касательно туманности Кошачий Глаз, находящихся без ответов. Так, например, концентрические кольца, которые окружают туманность, были выброшены с перерывом в несколько сотен лет, а это очень сложно объяснить.
Считается, что тепловые пульсации, которые играют большую роль в формировании планетарных туманностей, происходят с интервалом в несколько десятков тысяч лет. Мелкие поверхностные пульсации случаются раз в несколько десятков лет. Поэтому механизм, который ответственен за конкретный упомянутый период все еще не изучен.
Спектры планетарных туманностей состоят из линий испускания – узкого участка энергетического спектра. Образуются они либо при столкновении ионов туманности, либо из-за взаимодействия электронов с ионами. Известно, что линии испускания, образованные с помощью первого механизма, выражены намного отчетливее.
Но исследования NGC 6543 показывают, что линии, возникшие в результате взаимодействия электронов и ионов, в несколько раз выше, чем те, что были вычислены по линиям столкновения. Причины такого поведения линий испускания до сих пор не ясны.
| 
