Krabovidnaya tumannost'

Ris. 1. Krabovidnaya tumannost' (NGC 1952).

Ris. 2. a - fotografiya gazovoi sostavlyayushei Krabovidnoi tumannosti, imeyushei setchato- voloknistuyu strukturu; poluchena cherez svetofil'tr, propuskayushii izluchenie azota NII i liniyu vodoroda N; vidimye razmery tumannosti 6'H4'. b - fotografiya amorfnoi sostavlyayushei tumannosti, izluchayushei nepreryvnyi spektr (sever vnizu).

Integral'naya fotografich. zvezdnaya velichina K. t. ravna 9^m, a rasstoyanie do nee ok. 2 kpk. Azhurnaya voloknistaya struktura tumannosti (ris. 2, a) predstavlyaet soboi obolochku, rasshiryayushuyusya, kak pokazyvaet doplerovskoe smeshenie ee spektr. linii i izmenenie polozheniya otdel'nyh volokon, s gromadnoi skorost'yu ( 1200 km/s). Razmery i skorost' rasshireniya K. t. pozvolyayut ocenit' vremya ee rasshireniya. Ocenka daet ok. 900 let, chto horosho soglasuetsya so vremenem, proshedshim s momenta nablyudeniya vspyshki sverhnovoi. Harakterno, chto rasshirenie proishodit ne s postoyannoi skorost'yu ili zamedleniem, kak sledovalo by ozhidat', a uskorenno (t.e. v nachale razleta skorost' byla men'she). Etot vyvod sleduet iz togo, chto radius tumannosti neskol'ko men'she velichiny vt, gde t - vremya razleta. Uskorenie ravno 0,0016 sm/s² i, kak polagayut, vyzvano davleniem magn. polya i relyativistskih chastic tumannosti. Obolochka imeet vid dostatochno pravil'nogo ellipsoida vrasheniya; vidimye uglovye razmery ego osei sostavlyayut 6' i 4' chto sootvetstvuet 9 i 6 sv. godam pri rasstoyanii do K. t. 2 kpk.

Emissionnyi lineichatyi spektr volokon i obolochki K. t. ne otlichaetsya zametno ot izlucheniya obychnyh gazovyh tumannostei. Ionizovannyi gaz volokon K. t. v osnovnom sostoit iz vodoroda s primes'yu geliya, azota, kisloroda, neona, sery i imeet temp-ru 17000 K. Otnositel'nyi him. sostav volokon blizok k sostavu planetarnyh tumannostei i mezhzvezdnogo gaza. Koncentraciya elektronov v voloknah dostigaet 10³ v 1 sm³, a sr. plotnost' gaza g/sm³. Obshaya massa gaza vsei sistemy volokon nahoditsya v predelah . Izluchenie voloknistoi obolochki sostavlyaet tol'ko 20% polnogo izlucheniya K. t., ostal'nye 80% daet t.n. amorfnaya massa (ris. 2, b), zaklyuchennaya vnutri obolochki i izluchayushaya nepreryvnyi spektr (bez linii izlucheniya ili poglosheniya). Eta amorfnaya massa imeet klochkovato-voloknistuyu strukturu, i na vysokokachestvennyh fotografiyah vidno, chto ona sostoit iz mnozhestva tonkih nitei.

Prirodu izlucheniya amorfnoi massy pomoglo raskryt' sil'noe radioizluchenie K. t. Eto izluchenie generiruetsya ul'trarelyativistskimi elektronami, dvizhushimisya v magn. polyah K. t. (sm. Sinhrotronnoe izluchenie). Optich. izluchenie amorfnoi massy tozhe yavl. sinhrotronnym, no ono obrazuetsya elektronami, imeyushimi bolee vysokuyu energiyu, chem elektrony, dayushie radioizluchenie. Sinhrotronnaya priroda svecheniya amorfnoi massy podtverzhdaetsya sil'noi polyarizaciei izlucheniya (ris. 3), t.k. pri sinhrotronnom izluchenii kolebaniya elektrich. vektora svetovoi volny perpendikulyarny vektoru napryazhennosti magn. polya tumannosti. Po preimushestvennomu polozheniyu ploskosti polyarizacii izlucheniya bylo opredeleno napravlenie magn. polya v raznyh chastyah tumannosti. Okazalos', chto pole eto dovol'no regulyarno i chto niti amorfnoi massy napravleny vdol' silovyh linii magn. polya i predstavlyayut soboi, sledovatel'no, potoki ochen' bystryh relyativistskih elektronov, rashoduyushih svoyu energiyu na izluchenie ("vysvechivayushihsya") pri dvizhenii po spirali vdol' silovyh linii magn. polya. Napryazhennost' polya, opredelennaya iz usloviya, chto plotnost' ego energii ravna plotnosti energii relyativistskih chastic, sostavlyaet 10^-3 E. Pri takoi napryazhennosti optich. sinhrotronnoe izluchenie sozdaetsya elektronami s energiei 10¹¹-10¹² eV, a radioizluchenie - elektronami s energiei 10⁹ eV.

Ris. 3. Krabovidnaya tumannost', sfotografirovannaya v razlichno polyarizovannom svete; strelkami na ris. a i b pokazany sootvetstvuyushie napravleniya kolebanii elektricheskogo vektora svetovyh voln (sever vnizu).

Pri pomoshi rentg. teleskopa, vynesennogo za predely zemnoi atmosfery, bylo obnaruzheno rentg. izluchenie, idushee iz central'noi chasti K. t., a zatem byla opredelena i polyarizaciya rentg. izlucheniya K. t. Po poluchennym dannym, rentg. izluchenie K. t. imeet tu zhe prirodu, chto i sinhrotronnoe radio-, optich. i UF-izluchenie. No ono generiruetsya elektronami eshe bolee vysokih energii. Elektrony, otvetstvennye za radioizluchenie, vysvechivayut svoyu energiyu za nesk. tys. let; "opticheskie" elektrony vysvechivayutsya za 50-100 let, "rentgenovskie" - za vremya men'she goda, a elektrony, dayushie gamma-izluchenie,- vsego lish' za nesk. nedel'. Krome togo, energiya elektronov ubyvaet za schet rasshireniya tumannosti. Imenno maloe vremya zhizni "rentgenovskih" elektronov opredelyaet sravnitel'no nebol'shie razmery tumannosti v etom uchastke spektra - ok. 2'.

Istochnikom elektronov vysokoi energii v K. t. mogla by byt' zvezda - ostatok sverhnovoi. Etu zvezdu dolgo ne mogli obnaruzhit', hotya i predpolagali, chto eyu mozhet byt' odna iz dvuh zvezdochek (yugo-zapadnaya zvezdochka), raspolozhennyh vblizi centra K. t. i raznesennyh v severo-vostochnom napravlenii na uglovoe rasstoyanie 2,9". Yugo-zapadnaya zvezdochka imeet 16-yu zvezdnuyu velichinu i, kak teper' ustanovleno, yavl. ostatkom sverhnovoi.

Fotografii K. t. pokazyvayut, chto v central'noi ee chasti prodolzhayutsya aktivnye processy. Tak, na rasstoyanii ~ 7" k severo-zapadu ot dvuh central'nyh zvezdochek epizodicheski, primerno raz v tri mesyaca, poyavlyayutsya svetlye zhguty. Oni orientirovany perpendikulyarno napravleniyu svoego dvizheniya, a ih skorost' dostigaet 0,1 s. Po mere dvizheniya yarkost' zhguta umen'shaetsya, i on ischezaet pri priblizhenii k oblasti maks. yarkosti K. t. Izluchenie zhgutov pochti polnost'yu polyarizovano i sostavlyaet 1/1500 potoka izlucheniya vsei tumannosti v optich. diapazone. Pomimo opisannogo yavleniya, dolgo ne udavalos' obnaruzhit' dr. vidy aktivnosti byvshei sverhnovoi, poka ne bylo ustanovleno, chto predpolagaemyi ostatok sverhnovoi predstavlyaet soboi pul'sar. Radio-, opticheskoe, rentgenovskoe i gamma-izluchenie pul'sara K. t. (PSR 0531+21) imeyut odin i tot zhe period pul'sacii 0,033 s. Otkrytie pul'sara v K. t. yavilos' pryamym podtverzhdeniem pravil'nosti teorii obrazovaniya Neitronnyh zvezd pri vspyshkah sverhnovyh. Slozhnye, poka do konca ne yasnye el.-magn. yavleniya v okrestnostyah bystrovrashayusheisya neitronnoi zvezdy s sil'nym magn. polem (vozmozhno, do 10¹² E) privodyat k generacii bystryh chastic, k-rye v dal'neishem postupayut v tumannost'. Izluchenie etih chastic pri dvizhenii v magn. pole K. t. i opredelyaet ves' spektr izlucheniya amorfnoi massy (ris. 4). Poyavlenie zhgutov svyazano s otdel'nymi periodami povyshennoi aktivnosti neitronnoi zvezdy, s vybrosom bol'shogo chisla relyativistskih chastic i teplovoi plazmy. Sovr. issledovaniya pokazali, chto neitronnye zvezdy obrazuyutsya pri vzryvah massivnyh zvezd. Poetomu K. t. otnosyat k ostatku vspyshki sverhnovoi II tipa (k t.n. plerionam).

Ris. 4. Izluchenie Krabovidnoi tumannosti v radio-, opticheskom, rentgenovskom i gamma-diapazonah. Zavisimost' potoka izlucheniya ot chastoty imeet stepennoi harakter: s =0,3 dlya radio diapazona i dlya opticheskogo i rentgenovskogo diapazonov.

Vazhnye rezul'taty byli polucheny pri issledovanii s vysokim uglovym razresheniem raspredeleniya radioyarkosti K. t. metodom pokrytii ee Lunoi. Eti izmereniya, a takzhe v posleduyushem nablyudeniya metodom aperturnogo sinteza (sm. Aperturnogo sinteza metod) pokazali, chto oblast' radioizlucheniya K. t. sovpadaet s ee opticheski vidimymi granicami, a ne prostiraetsya za ih predely, kak schitalos' ranee. T. o. bylo dokazano, chto obolochka tumannosti yavl. ee fiz. granicei. Raspredelenie radioyarkosti K. t. napominaet raspredelenie optich. yarkosti v amorfnoi masse, chto eshe raz ubeditel'no dokazyvaet edinstvo prirody ee izlucheniya. No, v otlichie ot optich. izlucheniya, v radiodiapazone bolee yarko vyrazheny periferiinye oblasti i otdel'nye yarkie obrazovaniya nebol'shih razmerov. Eto otlichie obuslovleno radioizlucheniem obolochki K. t., osobennostyami raspredeleniya magn. polei i energeticheskim raspredeleniem elektronov.

Polnaya moshnost' el.-magn. izlucheniya K. t., vklyuchaya izlucheniya pul'sara (vklad k-rogo v rentg. diapazone dostigaet 9%, a v gamma-diapazone eshe vyshe), sostavlyaet ~ 10³⁸ erg/s. Istochnikom energii elektronov, porozhdayushih eto izluchenie, i magn. polei K. t. yavl. kinetich. energiya vrasheniya neitronnoi zvezdy - ostatka sverhnovoi. Rashoduya energiyu vrasheniya, ona dolzhna postepenno uvelichivat' period vrasheniya. Deistvitel'no, effekt zamedleniya vrasheniya pul'sara K. t. byl obnaruzhen: ego period uvelichivaetsya na s v sut, chto soprovozhdaetsya ubyl'yu kinetich. energii ~ 10³⁸-10³⁹ erg/s. Krome medlennogo izmeneniya perioda vrasheniya byli obnaruzheny skachkoobraznye, bystrye vozrastaniya skorosti vrasheniya. Eti epizodich. izmeneniya soprovozhdayutsya uvelicheniem vybrosa relyativistskih chastic i ob'yasnyayutsya t.n. zvezdotryaseniem neitronnoi zvezdy. Po mere snizheniya skorosti vrasheniya zvezdy umen'shayutsya centrobezhnye sily, chto privodit k nakopleniyu mehanich. napryazhenii v kore neitronnoi zvezdy. Nastupaet moment, kogda eti napryazheniya "lomayut" koru i razmery zvezdy umen'shayutsya, a skorost' ee vrasheniya sootvetstvenno uvelichivaetsya. V dal'neishem process povtoryaetsya. T.o., vopros ob istochnike energii K. t. udalos' reshit'.

Moshnost' sinhrotronnogo izlucheniya K. t. vo vsem intervale dlin voln dostigaet ~ 10³⁸ erg/s. Kak i moshnost' izlucheniya samogo pul'sara, ona namnogo prevoshodit moshnost' izlucheniya Solnca ( erg/s).

Nablyudeniya drugih, bolee staryh, ostatkov sverhnovyh pokazyvayut, chto uroven' aktivnosti pul'sarov s techeniem vremeni snizhaetsya, period vrasheniya uvelichivaetsya, a okruzhayushaya pul'sar voloknistaya tumannost' (obolochka) postepenno rasseivaetsya v mezhzvezdnom prostranstve. Do konca evolyucionnyi put' zvezd - ostatkov sverhnovyh eshe ne yasen.

V istorii sovr. astrofiziki K. t. sygrala vydayushuyusya rol'. Ni odin drugoi kosmich. ob'ekt ne stimuliroval razvitie idei i metodov sovr. eksperimental'noi i teoretich. astrofiziki tak, kak eta udivitel'naya tumannost'. K. t. byla pervym istochnikom kosmich. radioizlucheniya, otozhdestvlennym s galaktich. ob'ektom, pervym otozhdestvlennym kosmich. istochnikom rentg. izlucheniya. U K. t. vpervye obnaruzhili optich. sinhrotronnoe izluchenie i polyarizaciyu izlucheniya. V K. t. nahoditsya pul'sar, u kotorogo vpervye bylo obnaruzheno optich., rentg. i gamma-izluchenie. Blagodarya rezul'tatam issledovanii K. t. stalo vozmozhnym bolee gluboko obosnovat' teoriyu evolyucii zvezd, utochnit' usloviya, pri k-ryh evolyuciya zavershaetsya stadiei neitronnoi zvezdy. Otkrytie pul'sara prakticheski dokazalo sushestvovanie neitronnyh zvezd. Na primere K. t. vpervye byla ponyata rol' relyativistskih chastic i neitronnoi zvezdy v evolyucii ostatkov vspyshek sverhnovyh. Uzhe obnaruzheno nesk. ob'ektov, podobnyh K. t., k-rye vydeleny v otdel'nyi tip ostatkov vspyshek sverhnovyh - tip K. t. (pleriony). K. t. prodolzhaet privlekat' vnimanie uchenyh kak unikal'naya kosmich. laboratoriya, k-raya pozvolit raskryt' eshe mnogie tainy kosmosa.

Lit.:
Ginzburg V.L., Sovremennaya astrofizika, M., 1970, Shklovskii I.S., Sverhnovye zvezdy, 2 izd., M., 1976; Manchester R., Teilor Dzh., Pul'sary, per. s angl., M., 1980; Zvezdy i zvezdnye sistemy, M., 1981; Astrofizika i kosmicheskaya fizika, M., 1982.

(L.I. Matveenko)