Крабовидная туманность начала угасать

Координаты: 05ч 34м 31.95с, +22° 00′ 52.1″

У этого термина существуют и другие значения, см. М 1.

Запрос «SN 1054» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью (см. иноязычные аналоги)

.

Крабови́дная тума́нность

( 1, NGC 1952, Taurus A) — газообразная туманность в созвездии Тельца, являющаяся остатком сверхновой SN 1054 и плерионом[1].

Туманность первым наблюдал Джон Бевис в 1731 году. Она стала первым астрономическим объектом, отождествлённым с историческим взрывом сверхновой, записанным китайскими и арабскими астрономами в 1054 году. Расположенная на расстоянии около 6500 световых лет (2 к) от Земли, туманность имеет диаметр в 11 световых лет (3,4 пк) и расширяется со скоростью около 1500 километров в секунду.

В центре туманности находится пульсар «Crab Pulsar» (нейтронная звезда), 28—30 км в диаметре, который испускает импульсы излучения от гамма-лучей до радиоволн. В рентгеновском и гамма-диапазоне излучения свыше 30 к этот пульсар является сильнейшим постоянным источником подобного излучения в нашей галактике.

Туманность выступает в качестве источника излучения для изучения небесных тел, которые заслоняют её. В 1950-х и 1960-х годах излучение наблюдалось сквозь солнечную корону при исследовании сверхкороны, также в 2003 году измеряли толщину атмосферы спутника Сатурна — Титана по тому, как он блокировал рентгеновские лучи от туманности.

Крабовидная туманность
остаток сверхновой
История исследования
ОткрывательБевис, Джон
Дата открытия1731
Наблюдательные данные (Эпоха J2000.0)
Прямое восхождение05ч 34м 30,95с
Склонение+22° 00′ 52,1″
Расстояние6 500 ± 1 600 св. лет (2 000 ± 500 )
Видимая звёздная величина (V
)
8,4 ± 0,1
Видимые размеры6 × 4′
СозвездиеТелец
Физические характеристики
Радиус5,5 св. года (1,7 )
СвойстваОптический пульсар
Информация в Викиданных ?

История открытия[ | ]

Туманность является остатками сверхновой, взрыв которой наблюдался, согласно записям арабских и китайских астрономов, 4 июля 1054 года. Вспышка была видна на протяжении 23 дней невооружённым глазом даже в дневное время.

Впервые была открыта Джоном Бевисом в 1731 году, затем переоткрыта Мессье в 1758 году.

Крабовидная туманность получила своё название от рисунка астронома Уильяма Парсонса, использовавшего 36-дюймовый телескоп в 1844 году. В этом наброске туманность очень напоминала краба (возможно, мечехвоста, не относящегося к ракообразным, английское тривиальное название которого horseshoe crab — краб-подкова). При повторном наблюдении туманности в 1848 году с помощью нового 72-дюймового телескопа Парсонс нарисовал более точный рисунок, однако название «Крабовидная туманность» осталось.

Туманность также называется Messier 1 или M 1, как первый объект Мессье, каталогизированный в 1758 году.

  • M 1 в созвездии Телец Прямое восхождение: 05ч 34м 30,95с Склонение: +22° 00′ 52,1″
  • Рисунок Уильяма Парсонса
  • Мечехвост

Загадка вторая: странная туманность

Первым Крабовидную туманность открыл в 1731 году английский врач, физик и астроном Джон Бевис, известный также тем, что ввёл в физику понятие положительных и отрицательных зарядов. Он отметил её на карте звёздного неба в созданном им атласе «Уранография Британика», который собирался издать. Но атлас из-за банкротства издателя так официально и не был опубликован. Правда, некоторое количество его копий всё же разошлось, а часть атласа была напечатана в 1786 году под названием Atlas Celeste

.

Часть созвездия Тельца из атласа Дж. Бевиса «Уранография Британика» («Наука и жизнь» №4, 2019)

Часть созвездия Тельца из атласа Дж. Бевиса «Уранография Британика». Крабовидная туманность изображена размытым кружком

рядом со звездой ζ Тельца (
самый край нижнего рога
). Иллюстрация из статьи: J. Jeff Hester The Crab Nebula: An Astrophysical Chimera //
Annu. Rev. Astro. Astrophys.
2008. 46:127–155

Тем временем туманность в 1758 году независимо открыл Шарль Мессье, что повлекло за собой важное последствие. Дело обстояло так. В начале 1758 года в созвездии Тельца ожидалось предсказанное Эдмундом Галлеем появление кометы, которая позднее получит его имя. Это был очень важный момент в истории астрономии — именно для этой кометы впервые была установлена периодичность возвращения. В 1758 году как раз должно было произойти первое предсказанное её появление. Одновременно это должно было подтвердить теорию тяготения Ньютона, с помощью которой была рассчитана её орбита. В поисках кометы Мессье наткнулся на Крабовидную туманность, которую первоначально принял за искомый объект. Однако спустя некоторое время он заметил, что наблюдаемый объект не перемещается по небу, и понял свою ошибку. Комету Галлея Мессье тогда так и не нашёл, она сильно «опоздала». Но зато он пришёл к выводу, что было бы полезно составить каталог небесных туманностей, чтобы в дальнейшем не путать их с кометами. Так Крабовидная туманность стала «соавтором» знаменитого каталога Мессье, войдя в него под первым номером — М1. Кстати, Мессье позднее получил копию атласа Бевиса и в своём каталоге 1781 года упоминает о нём, признавая приоритет английского коллеги.

Своё известное сегодня название «Крабовидная туманность» М1 получила только почти век спустя, благодаря зарисовке астронома Уильяма Парсонса, графа Росса. Парсонс прославился изготовлением больших телескопов, благодаря которым получал детальные изображения космических объектов. Созданный им в 1847 году телескоп с диаметром зеркала 72-дюйма (1,83 метра) получил за свой размер прозвище «Левиафан» и оставался крупнейшим телескопом в мире до начала ХХ века. На рисунке, сделанном Парсонсом в 1844 году по наблюдениям на 36-дюймовом телескопе, туманность М1 напоминала мечехвоста, которого в народе называли краб-подкова. Воздавая должное воображению графа, заметим, что он сделал важное открытие, первым обнаружив, что туманность имеет сложную, волокнистую структуру — на фоне туманного облачка видны чуть более яркие, похожие на нити образования. Позднее с помощью «Левиафана» Парсонс нарисовал более точный рисунок, не напоминавший краба, однако название уже прижилось. Хотя один из астрономов предлагал переименовать туманность в Ирландскую, поскольку её форма напомнила ему контуры острова Ирландия.

36-дюймовый телескоп У. Парсонса («Наука и жизнь» №4, 2019)

На иллюстрации XIX века изображён 36-дюймовый телескоп У. Парсонса (1839 год), с помощью которого астроном сделал рисунок туманности, получившей название Крабовидная

Несмотря на все наблюдения, природа этой туманности, как и других подобных объектов, оставалась загадкой. Многие, как известный английский астроном Уильям Гершель, считали их очень далёкими скоплениями звёзд, которые просто не удаётся различить в существующие телескопы. Даже Парсонс с его «Левиафаном» этого сделать не смог. Но астрономы не теряли надежды, ведь удалось же когда-то Галилею увидеть отдельные звёзды в тумане Млечного Пути.

Тем временем на помощь астрономам пришли новые методы исследований: фотографирование и спектральные измерения. В 1892 году один из основоположников астрофотографии Исаак Робертс впервые сфотографировал Крабовидную туманность. Кстати, именно он сделал первую фотографию туманности Андромеды, на которой видна её спиральная структура. А в 1913 году Весто Слайфер получил первые спектры М1. И сразу же возникли новые загадки. Во-первых, спектр М1 оказался непрерывным. Но если туманность представляет собой облако нагретого газа, то её спектр должен был быть линейчатым, то есть состоять из отдельных частот, соответствующих химическим элементам, входящим в облако. Непрерывный тепловой спектр возникает только у горячего плотного непрозрачного тела, такого как звезда. Но туманность — не звезда! Эта тайна излучения Крабовидной туманности оставалась неразгаданной почти сорок лет.

Мечехвост и рисунок Крабовидной туманности У. Парсонса («Наука и жизнь» №4, 2019)

Мечехвост (справа

) — водное животное, сходство с которым рисунка У. Парсонса (
слева
) дало название туманности. Цвета рисунка инвертированы. Рисунок: William Parsons / PD. Фото: Didier Descouens / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

Во-вторых, загадкой было то, что линии излучения, которые всё же были видны на фоне непрерывного спектра, оказались раздвоенными. У этого явления может быть несколько причин. Линии могут расщепляться, например, из-за излучения атома в сильном магнитном поле. Это эффект Зеемана, открытый в 1896 году. Слайфер же посчитал, что причиной раздвоения служит сильное электрическое поле — эффект Штарка. Почему? Возможно, потому, что открытый в том же 1913 году этот эффект был тогда на слуху (Штарк получил за это Нобелевскую премию в 1919 году).

Парадоксально, но Слайфер, прославившийся доплеровскими измерениями, с помощью которых он впервые измерил скорости шаровых скоплений, спиральных туманностей, в том числе туманности Андромеды, и далёких галактик, что легло в основу гипотезы о расширяющейся Вселенной, упустил из виду правильное объяснение раздвоения линий из-за эффекта Доплера. В этом случае он мог первым открыть расширение Крабовидной туманности. Дело в том, что мы видим одновременно ближний и дальний края туманности, которые движутся из-за расширения в разные стороны. Соответственно линии излучения от них смещаются в спектре тоже в разные стороны. Почему Слайфер не сделал этого вывода, мы тоже можем отнести к загадкам Краба.

В результате расширение туманности астрономы обнаружили только в 1921 году при сравнении её фотографий, сделанных в разные годы. Сначала Карл Лампланд объявил, что за восемь лет туманность изменила свою структуру — волоконца в ней заметно сместились. А следом Джон Дункан, использовав фото 1909 года, пришёл к выводу, что она расширяется. Кстати, именно Дункан обнаружил в центре туманности две слабенькие звёздочки шестнадцатой звёздной величины.

Но наблюдаемое расширение означало, что какое-то время тому назад туманность возникла из компактного объекта, например из взорвавшейся звезды. Но какой именно и виден ли был на Земле этот взрыв? И тут мы переходим к следующей загадке.

Физические характеристики[ | ]

Крабовидная туманность в инфракрасном диапазоне (космический телескоп Спитцер) Снимок космического телескопа Хаббл небольшой области в Крабовидной туманности, показывающий неустойчивости Рэлея — Тейлора в сложной волокнистой структуре.

Масса[ | ]

Расчёт общей массы туманности имеет важное значение для оценки массы звезды-прародительницы сверхновой. Количество вещества, содержащееся в волокнах Крабовидной туманности (выброс масс ионизованного и нейтрального газа; в основном гелия), оценено в 4,6 ± 1,8 M☉.

Гелийсодержащий тор[ | ]

Одной из многих составляющих (или аномалий) Крабовидной туманности является гелийсодержащий тор, который виден как полоса с востока на запад, пересекающая область пульсара. Тор составляет около 25 % от всего видимого выброса и содержит около 95 % гелия. Правдоподобного объяснения структуры тора пока ещё нет.

Физические характеристики

Расстояние

Масса

Расчёт общей массы туманности имеет важное значение для оценки массы звезды-прародительницы сверхновой. Количество вещества, содержащееся в волокнах Крабовидной туманности (выброс масс ионизованного и нейтрального газа; в основном гелия), оценено в 4,6 ± 1,8 M☉.

Гелийсодержащий тор

Одной из многих составляющих (или аномалий) Крабовидной туманности является гелийсодержащий тор, который виден как полоса с востока на запад, пересекающая область пульсара. Тор составляет около 25% от всего видимого выброса и содержит около 95% гелия. Правдоподобного объяснения структуры тора пока ещё нет.

Центральная звезда[ | ]

Основная статья: PSR B0531+21

В центре туманности находится пульсар PSR B0531+21, являющийся нейтронной звездой, оставшейся после взрыва сверхновой, его диаметр около 25 км. Пульсар был открыт в 1968 году; это было первое наблюдение, связывающее останки сверхновой и пульсары и послужившее основой для предположения, что пульсары являются нейтронными звёздами. Пульсар Краба вращается вокруг своей оси, совершая 30 оборотов в секунду.

Излучение пульсара также регистрируется в электромагнитном спектре, начиная от радиодиапазона и заканчивая γ-излучением.

  • Крабовидная туманность. Это изображение получено путём совмещения данных оптического диапазона (красный) с телескопа Хаббл и рентгеновских изображений с телескопа Чандра (синий).
  • Воспроизвести медиафайл

    Данные орбитальной обсерватории показывают неожиданные изменения в рентгеновском излучении Крабовидной туманности, вероятно связанные с окружающей средой вокруг центральной нейтронной звезды.

  • Воспроизвести медиафайл

    Ферми (гамма-телескоп NASA) зафиксировал гамма-вспышки в Крабовидной туманности.

NASA показало новый композитный снимок Крабовидной туманности

Международная группа астрономов провела одновременные наблюдения Крабовидной туманности сразу с помощью трех крупных обсерваторий, работающих в рентгеновском («Чандра»), инфракрасном («Хаббл») и радио-диапазонах (VLA). Эти снимки исследователи объединили с новыми данными телескопа XMM-Newton (ультрафиолетовое излучение) и архивными данными телескопа «Спитцер» чтобы создать новое композитное изображение объекта. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal

, снимок размещен на официальном сайте «Хаббла».

Мультиспектральные исследования позволяют исследовать различные процессы, происходящие в объектах. Каждый из спектральных диапазонов соответствует характерной энергии процессов. К примеру, рентгеновское излучение отвечает высокоэнергетичным процессам — термическое излучение, лежащее в этом диапазоне, соответствует температурам порядка миллиона кельвинов. Такая горячая материя возникает в джетах квазаров или вблизи пульсаров. Радиоизлучение наоборот, соответствует тонким электронным переходам в атомах, ультрафиолетовое и видимое излучение — результат релаксации возбужденных молекул.

В Крабовидной туманности такие процессы идут одновременно, на разных масштабах. Сам по себе, объект представляет собой остаток от взрыва сверхновой — коллапсировавшей сверхмассивной звезды. После вспышки центральная звезда превратилась в пульсар — вращающуюся со скоростью 30 оборотов в секунду 30-километровую нейтронную звезду. Считается, что вспышка произошла в 1054 году и была зафиксирована китайскими астрономами.

Авторы нового исследования провели в ноябре 2012 года серию одновременных наблюдений с помощью сразу трех телескопов: «Чандры», «Хаббла» и Очень большого массива радиотелескопов — VLA. «Чандра» помогла визуализировать центральную систему из пульсара и вращающегося вокруг него газа. VLA и «Хаббл» засняли туманность целиком, получив изображение расширяющегося облака газа. Кроме того, в рамках работы исследователи объединили результаты 14 лет наблюдений за объектом, выполненных оптическим монитором телескопа XMM-Newton, работавшим в ультрафиолетовом диапазоне (основные системы телескопа фиксируют изображения в рентгеновском спектре).

Снимки Крабовидной туманности, полученные 26-27 ноября 2012 года. Слева направо: радиодиапазон, видимый диапазон и рентгеновский диапазон

G. Dubner et al. / The Astrophysical Journal, 2017

Поделиться

Среди результатов, полученных авторами работы, наглядная демонстрация двух пространственно разных областей излучения — в рентгеновском и в видимом диапазоне. Считается, что они соответствуют двум разным механизмам генерации синхротронного излучения (возникающего из-за движения заряженных частиц по круговым траекториям).

Крабовидная туманность — один из самых популярных астрономических объектов для наблюдений. В прошлом году мы публиковали композитное изображение, состоящее из трех снимков объекта, сделанных в 2003, 2005 и 2013 годах «Хабблом».

Владимир Королёв

Наблюдение[ | ]

«Крабовидная туманность», в виде продолговатого диффузного пятна доступна для наблюдений в самые скромные любительские телескопы и даже бинокли. Различить структуру (волокна, клочковатость) можно лишь при наблюдениях в телескопы с апертурой от 350 мм, но и в этом случае её детализация далека от того, что обычно изображено на фотографиях.

Так называемые «дипскай»-фильтры (UHC, OIII, H-β) не помогают контрастировать изображение. Фильтры для борьбы с засветкой неба от городов (LPR и ему подобные) могут немного улучшить контраст «Крабовидной туманности» в пригородной зоне.

Крабовидная туманность в рентгеновском диапазоне

Соседи по небу из каталога Мессье[ | ]

Воспроизвести медиафайл

Видео NASA о Крабовидной туманности

  • М35 — (к востоку в созвездии Близнецов), рассеянное скопление;
  • М45 — «Плеяды» (к западу, также в созвездии Тельца);
  • М36, М37, М38 — (к северу, в созвездии Возничего) яркие рассеянные скопления;
  • М78, М42, М43 — (к югу, в созвездии Ориона) яркие диффузные туманности

Калибровка[ | ]

Крабовидная туманность долгое время использовалась для калибровки в рентгеновской и гамма-астрономии по причине яркости в рентгеновском и гамма-диапазонах, а также необычного для пульсаров постоянства плотности потока энергии туманности. В связи с этим в рентгеновской и гамма-астрономии даже получили распространение единицы измерения плотности потока «Crab» и «milliCrab».

Однако в настоящее время статус калибровочного источника Крабовидной туманностью утрачен[2]. Это произошло почти одновременно в обоих диапазонах: в рентгеновской астрономии сразу несколькими телескопами зарегистрировано сильное падение интенсивности (около 7 % за срок менее 3 лет), а в гамма-астрономии, напротив, зарегистрированы сильные вспышки. Первая вспышка была зарегистрирована в сентябре 2010 года[комм. 1].

Новые данные потребовали пересмотра моделей источника и механизмов ускорения частиц в нём.

Строго периодичный сигнал, излучаемый пульсаром, используется для проверки временны́х интервалов в рентгеновских детекторах.

M 1 в рукаве Персея
Гал.долгота 184,55° Гал.широта −5.79° Расстояние 6500 ± 1600 св. лет

История открытия

Туманность является остатками сверхновой, взрыв которой наблюдался, согласно записям арабских и китайских астрономов, 4 июля 1054 года. Вспышка была видна на протяжении 23 дней невооружённым глазом даже в дневное время.

Впервые была открыта Джоном Бевисом в 1731 году, затем переоткрыта Мессье в 1758 году.

Крабовидная туманность получила своё название от рисунка астронома Уильяма Парсонса, использовавшего 36-дюймовый телескоп в 1844 году. В этом наброске туманность очень напоминала краба (возможно, мечехвоста, не относящегося к ракообразным, английское тривиальное название которого horseshoe crab — краб-подкова). При повторном наблюдении туманности в 1848 году с помощью нового 72-дюймового телескопа Парсонс нарисовал более точный рисунок, однако название «Крабовидная туманность» осталось.

Туманность также называется Messier 1 или M 1, как первый объект Мессье, каталогизированный в 1758 году.

  • M 1 в созвездии Телец Прямое восхождение: 05ч 34м 30,95с Склонение: +22° 00′ 52,1″
  • Рисунок Уильяма Парсонса
  • Мечехвост

Примечания[ | ]

Комментарии

  1. хотя в дальнейшем в результате анализа уже имеющихся данных были обнаружены более ранние вспышки в октябре 2007 и феврале 2009 года, а о возможной вспышке в Крабовидной туманности в области сверхвысоких энергий более чем за 20 лет до этого свидетельствовали результаты наблюдений черенковских телескопов.

Источники

  1. * Plerion — (Astronomy): Definition (неопр.)
    (недоступная ссылка —
    история
    ).
  2. ЛИДВАНСКИЙ А.С.
    О ВСПЫШЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ КРАБОВИДНОЙ ТУМАННОСТИ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННОЙ УСТАНОВКАМИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ШАЛ // ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ : журнал. — 2013. — Т. 77, № 11. — С. 1617—1619. — ISSN 0367-6765.

Центральная звезда

В центре туманности находится пульсар PSR B0531+21, являющийся нейтронной звездой, оставшейся после взрыва сверхновой, его диаметр около 25 км. Пульсар был открыт в 1968 году; это было первое наблюдение, связывающее останки сверхновой и пульсары и послужившее основой для предположения, что пульсары являются нейтронными звёздами. Пульсар Краба вращается вокруг своей оси, совершая 30 оборотов в секунду.

Излучение пульсара также регистрируется в электромагнитном спектре, начиная от радиодиапазона и заканчивая γ-излучением.

  • Крабовидная туманность. Это изображение получено путём совмещения данных оптического диапазона (красный) с телескопа Хаббл и рентгеновских изображений с телескопа Чандра (синий).
  • Воспроизвести медиафайл

    Данные орбитальной обсерватории показывают неожиданные изменения в рентгеновском излучении Крабовидной туманности, вероятно связанные с окружающей средой вокруг центральной нейтронной звезды.

  • Воспроизвести медиафайл

    Ферми (гамма-телескоп NASA) зафиксировал гамма-вспышки в Крабовидной туманности.

Литература[ | ]

  • Понятов, Алексей.
    Загадочная // Наука и жизнь. — 2020. — № 4. — С. 26—36.
  • Journal of Astronomy, part 9, chapter 56 of Sung History (Sung Shih)
    first printing, 1340. (Facsimile on the frontispiece of Misner, Thorne, Wheeler
    Gravitation
    , 1973.)
  • Lyne, A. G. & Graham-Smith F.
    Pulsar astronomy, Cambridge University Press, 1998
  • Manchester R. & Taylor J.
    Pulsars, Freeman, 1977.
  • Mitton, S.
    The Crab Nebula, Charles Schribner’s Sons, 1978.
  • Ruderman, Malvin A.
    Highlights of Modern Astrophysics: Old and New Neutron Stars, pp. 21-44. ISBN 0-471-82421-6, Stuart L. Shapiro and Saul A. Teukolsky. 1986.
Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: