Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
КРАБОВИДНАЯ ТУМАННОСТЬ

КРАБОВИДНАЯ ТУМАННОСТЬ

КРАБОВИДНАЯ ТУМАННОСТЬ - остаток вспышки сверхновой звезды, вспыхнувшей в нашей Галактике и наблюдавшейся в 1054. Название туманности связано с её формой, напоминающей клешню краба (рис. 1, слева). В оптич. диапазоне гл. размеры К. т.. Расстояние до К. т.1,7 кпк. Полная мощность излучения (болометрич. светимость)1*2*10³⁸ эрг/с.

Рис. 1. Фотография Крабовидной туманности: в интервале длин волн 0,63-0,67 мкм (слева), в запрещённой линии азота NII и линии водорода (справа).

Оптич. излучение К. т. характеризуется необычайно мощным непрерывным степенным спектром, на к-рый налагаются эмиссионные линии, а линии поглощения отсутствуют. Интенсивность непрерывного спектра во много раз превосходит суммарную интенсивность эмиссионных линий, что существенно отличает К. т. от др. газовых туманностей. Спектральные линии излучаются системой тонких волокон, в то время как непрерывный спектр формируется во всём объёме. К. т. состоит из ажурной волокнистой структуры (рис. 1, слева) и "аморфной массы", излучающей непрерывный спектр. Аморфная масса представляет собой множество очень тонких нитей, к-рые заметно (за 10 лет) изменяют свои очертания и интенсивность излучения. В оптич. диапазоне излучение волокон К. т. сосредоточено гл. обр. в эмиссионных линиях Н, Не, N, О, Ne, S и Fe, а в УФ-диапазоне - и в линиях С. Относит. содержание этих элементов близко к солнечному, исключением является Не, содержание к-рого в неск. раз превышает содержание Н. Темп-pa ионизованного газа волокон 11 000- 18 300 К, концентрация электронов от 550 до 3500 см ^-3. Полная масса всей системы волокон 0,5-2 . Система волокон в целом расширяется, и, как показывают доплеровские смещения эмиссионных линий, скорость расширения лежит в пределах 700-1500 км/с. Анализ собственных движений отд. волокон приводит к неожиданному результату: это расширение происходит не с замедлением, а с ускорением 0,0012 см/с ². Для поддержания этого ускорения необходима мощность

4*10³⁸ эрг/с.

В радиодиапазоне угл. размеры К. т. такие же, как В оптическом, и граница радиоизображения практически совпадает с контурами оптич.-изображения. Радиоизлучение образуется во всём объёме туманности, причём его интенсивность увеличивается по мере приближения к её центру. В рентг. диапазоне излучение исходит из центр. области с угл. диаметром . Наблюдаемый спектр непрерывного излучения К. т. представлен на рис. 2. Ок. 65% полной мощности излучения приходится на спектральный интервал от видимого до рентг. излучения. Излучение в радиодиапазоне, а также в оптич. и рентг. диапазонах обладает сильной линейной поляризацией. Нетепловой характер спектра и наличие линейной поляризации указывают на синхротронную природу излучения К. т.

Рис. 2. Спектр Крабовидной туманности (спектр суммарного излучения собственно туманности и содержащегося в ней пульсара) в диапазоне от 10⁷ до 10²⁴ Гц( - спектральный индекс). Штриховая линия - спектр пульсара.

Излучение К. т. генерируется синхротронным механизмом не только в радиодиапазоне, но и в оптич., рентг. и, возможно, гамма-диапазонах. Синхротронное излучение возникает при движении ультрарелятивистских электронов в магн. поле туманности, напряжённость к-рого 5*10^-4-10^-3 Э. Это магн. поле, как показывает характер распределения поляризации по туманности, обладает регулярной крупномасштабной структурой. Полная масса релятивистских частиц, движущихся вдоль линий магн. поля и проявляющих себя в оптич. диапазоне как нити аморфной массы, равна 10^-6 Единый энергетич. спектр релятивистских электронов порождает и единый синхротронный спектр туманности. Радиоизлучение генерируется электронами с энергией 10⁸-10⁹ эВ. характерное время жизни таких электронов, обусловленное потерями на излучение, исчисляется тысячами лет. В оптич. и рентг. диапазонах излучают электроны с энергиями соответственно 10¹¹-10¹² эВ и 10¹⁵ эВ и характерными временами жизни 80 лет и 70 сут. Очевидно, для создания наблюдаемого спектра излучения К. т. необходима непрерывная инжекция релятивистских электронов в туманность.

Лишь с обнаружением пульсара в К. т. стала ясна полная картина физ. процессов в ней. Пульсар в К. т.- это звёздный остаток вспышки Сверхновой 1054. Полная мощность эл.-магн. излучения пульсара 10³⁵ эрг/с. Пульсар - быстро вращающаяся нейтронная звезда с сильным магн. полем - способен генерировать ультрарелятивистские частицы и поставлять их в туманность. Наблюдаемое увеличение периода пульсара 0,04% в год соответствует скорости потери кинетич. энергии вращения нейтронной звезды 5*10³⁸ эрг/с. Этого вполне достаточно для объяснения как болометрич. светимости К. т., так и ускоренного расширения системы волокон. Т. о., энергетич. баланс К. т. полностью обеспечивается за счёт кинетич. энергии вращения нейтронной звезды.

К. т. является типичным представителем остатков вспышек сверхновых звёзд, получивших назв. плерионов.

Осн. признак плерионов - концентрация излучения к центру остатков. По совр. представлениям, плерионы образуются при вспышках сверхновых звёздII типа. Данные наблюдении Сверхновой 1054 действительно хорошо согласуются с кривыми блеска сверхновых звёзд II типа. В процессе вспышки сверхновой звезды II типа вещество выбрасывается со скоростью 5000-15 000 км/с и кинетич. энергией 5*10⁵⁰ эрг. В то время как система волокон К. т. расширяется со скоростью 1500 км/с, её кинетич. энергия 2*10⁴⁹ эрг. Т. о., если в 1054 вспыхнула сверхновая II типа, то должна существовать оболочка, расширяющаяся со скоростями значительно большими 1500 км/с, однако обнаружить такую оболочку пока не удалось. Поэтому вопрос о принадлежности Сверхновой 1054 к известному типу сверхновых звёзд остаётся открытым.

При фотографировании в монохроматич. свете с большими экспозициями на северной границе К. т. было обнаружено относительно яркое образование с параллельными краями (рис. 3), к-рое не могло быть создано звездой до вспышки сверхповой и не связано с совр. активностью пульсара, поскольку продольная ось этого образования не совпадает ни с направлением на геом. центр расширяющейся туманности, ни с направлением на

Рис. 3. Передержанная фотография Крабовидной туманности в запрещённой линии иона кислорода ОIII (север вверху).

пульсар. Параллельность чётко ограниченных краёв образования, его размеры, сопоставимые с размерами всей туманности, и отсутствие др. подобных образований - всё это составляет ещё одну нерешённую проблему К. т.

Наиб. выдающиеся результаты изучения К. т.- установление синхротронной природы излучения К. т. и наблюдательное подтверждение генетич. связи между вспышками сверхновых звёзд и образованием нейтронных звёзд.

Лит.: Шкловский И. С., Сверхновые звезды.... 2 изд., М., 1976; Манчестер Р., Тейлор Д ж., Пульсары, пер. с англ., М., 1980; Davidson К., Fеsen R. А., Recent developments concerning the Crab nebula, "Ann. Rev. Astron. and Astrophys.", 1985, v. 23, p. 119. В. П. Утробы.