Ein planetarischer Nebelfleck ist ein Emissionsnebelfleck, der aus einer Erweiterung besteht, die Schale von ionisiertem Benzin glüht, das während der asymptotischen riesigen Zweigphase von bestimmten Typen von Sternen spät in ihrem Leben vertrieben ist. Dieser Name, der mit ihrer ersten Entdeckung im 18. Jahrhundert wegen ihrer Ähnlichkeit anscheinend zu riesigen Planeten, wenn angesehen, durch kleine optische Fernrohre hervorgebracht ist, und ist zu den Planeten des Sonnensystems sonst ohne Beziehung. Sie sind ein relativ kurzlebiges Phänomen, einige Zehntausende von Jahren im Vergleich zu einer typischen Sternlebenszeit von mehreren Milliarden Jahren dauernd.

Am Ende des Lebens des Sterns, während der roten riesigen Phase, werden die Außenschichten des Sterns über Herzschläge und starke Sternwinde vertrieben. Ohne diese undurchsichtigen Schichten strahlt der heiße, leuchtende Kern Ultraviolettstrahlung aus, die die vertriebenen Außenschichten des Sterns ionisiert. Diese gekräftigte Schale strahlt als ein planetarischer Nebelfleck aus.

Planetarische Nebelflecke spielen eine entscheidende Rolle in der chemischen Evolution der Milchstraße, Material ins interstellare Medium zurückgebend, das in schweren Elementen und anderen Produkten von nucleosynthesis (wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Kalzium) bereichert worden ist. In entfernteren Milchstraßen können planetarische Nebelflecke die einzigen Gegenstände sein, die aufgelöst werden können, um nützliche Information über den chemischen Überfluss nachzugeben.

In den letzten Jahren haben Hubble Raumfernrohr-Images viele planetarische Nebelflecke offenbart, um äußerst komplizierte und verschiedene Morphologien zu haben. Über einen fünften sind grob kugelförmig, aber die Mehrheit ist nicht kugelförmig symmetrisch. Die Mechanismen, die solch ein großes Angebot an Gestalten und Eigenschaften erzeugen, werden noch nicht gut verstanden, aber binäre Hauptsterne, Sternwinde und magnetische Felder können alle eine Rolle spielen.

Beobachtungen

Planetarische Nebelflecke sind allgemein schwache Gegenstände; niemand ist zum nackten Auge sichtbar. Der erste planetarische entdeckte Nebelfleck war der Dummkopf-Nebelfleck in der Konstellation von Vulpecula, der von Charles Messier 1764 beobachtet ist, und hat als M27 in seinem Katalog von Nebelgegenständen Schlagseite gehabt. Frühen Beobachtern mit Fernrohren der niedrigen Entschlossenheit haben M27 und nachher entdeckte planetarische Nebelflecke etwas den riesigen Planeten wie Uranus geähnelt, und William Herschel, Entdecker dieses Planeten, hat schließlich den Begriff 'planetarischer Nebelfleck' für sie ins Leben gerufen, obwohl weil wir jetzt wissen, sind sie von Planeten sehr verschieden.

Die Natur von planetarischen Nebelflecken war unbekannt, bis die ersten spektroskopischen Beobachtungen Mitte des 19. Jahrhunderts gemacht wurden. William Huggins war einer der frühsten Astronomen, um die optischen Spektren von astronomischen Gegenständen mit einem Prisma zu studieren, um ihr Licht zu verstreuen. Am 29. August 1864 war Huggins erst, um das Spektrum eines planetarischen Nebelflecks zu nehmen, als er NGC 6543 analysiert hat. Seine Beobachtungen von Sternen haben gezeigt, dass ihre Spektren aus einem Kontinuum mit vielen dunklen Linien bestanden haben, die auf ihnen überlagert sind, und er später gefunden hat, dass viele Nebelgegenstände wie der Nebelfleck von Andromeda (weil er dann bekannt war) Spektren hatten, die dem ziemlich ähnlich waren — wie man später zeigte, waren diese Nebelflecke Milchstraßen.

Jedoch, als er auf den Katzenauge-Nebelfleck geschaut hat, hat er ein sehr verschiedenes Spektrum gefunden. Anstatt eines starken Kontinuums mit überlagerten Absorptionslinien haben der Katzenauge-Nebelfleck und die anderen ähnlichen Gegenstände nur eine kleine Zahl von Emissionslinien gezeigt. Der hellste von diesen war an einer Wellenlänge von 500.7 Nanometern, die einer Linie keines bekannten Elements entsprochen haben. Zuerst wurde es Hypothese aufgestellt, dass die Linie wegen eines unbekannten Elements sein könnte, das nebulium genannt wurde — hatte eine ähnliche Idee zur Entdeckung von Helium durch die Analyse des Spektrums der Sonne 1868 geführt.

Während Helium auf der Erde isoliert wurde, kurz nachdem seine Entdeckung im Spektrum der Sonne, nebulium nicht war. Am Anfang des 20. Jahrhunderts hat Henry Norris Russell vorgeschlagen, dass, anstatt ein neues Element zu sein, die Linie an 500.7 nm wegen eines vertrauten Elements in fremden Bedingungen war.

Physiker haben in den 1920er Jahren gezeigt, dass in Benzin an äußerst niedrigen Dichten Elektronen aufgeregte metastable Energieniveaus in Atomen und Ionen bevölkern können, die an höheren Dichten schnell de-excited durch Kollisionen sind. Elektronübergänge von diesen Niveaus im Stickstoff und den Sauerstoff-Ionen (oder OIII, und) verursachen die 500.7 nm Linie und anderen Linien. Diese geisterhaften Linien, die nur in sehr niedrigem Dichte-Benzin gesehen werden können, werden verbotene Linien genannt. Spektroskopische Beobachtungen haben so gezeigt, dass Nebelflecke aus äußerst rarefied Benzin gemacht wurden.

Die Hauptsterne von planetarischen Nebelflecken sind sehr heiß. Nur sobald ein Stern ausgeströmt hat, kann sein ganzer Kernbrennstoff er, zu solch einer kleinen Größe zusammenbrechen, und so sind planetarische Nebelflecke gekommen, um als eine Endbühne der Sternevolution verstanden zu werden. Spektroskopische Beobachtungen zeigen, dass sich alle planetarischen Nebelflecke ausbreiten. Das hat zur Idee geführt, dass planetarische Nebelflecke durch Außenschichten eines Sterns verursacht wurden, die in den Raum am Ende seines Lebens werfen werden.

Zum Ende des 20. Jahrhunderts haben technologische Verbesserungen zu weiter der Studie von planetarischen Nebelflecken geholfen. Raumfernrohre haben Astronomen erlaubt, Licht zu studieren, das außer dem sichtbaren Spektrum ausgestrahlt ist, das von Boden-basierten Sternwarten nicht feststellbar ist (weil nur Funkwellen und sichtbares Licht in die Atmosphäre der Erde eindringen). Infrarote und ultraviolette Studien von planetarischen Nebelflecken haben viel genauere Entschlüsse von nebular Temperaturen, Dichten und Überfluss erlaubt. Technologie des ladungsgekoppelten Halbleiterbausteins hat viel schwächeren geisterhaften Linien erlaubt, genau gemessen zu werden, als vorher möglich gewesen war. Das Hubble Raumfernrohr hat auch gezeigt, dass, während viele Nebelflecke scheinen, einfache und regelmäßige Strukturen vom Boden zu haben, die sehr hohe optische Entschlossenheit, die durch ein Fernrohr über der Atmosphäre der Erde erreichbar ist, äußerst komplizierte Morphologien offenbart.

Der jüngste bekannte planetarische Nebelfleck ist der Stechrochen-Nebelfleck.

Unter dem Morgan-Keenan geisterhaftes Klassifikationsschema werden planetarische Nebelflecke als Typ-'P klassifiziert, obwohl diese Notation selten in der Praxis verwendet wird.

Ursprünge

Sterne, die massiver sind als 8 Sonnenmassen (M), werden wahrscheinlich ihre Leben in einer dramatischen Supernova-Explosion beenden. Planetarischer Nebelfleck kann sich aus dem Tod von niedrigen und Zwischenmassensternen unten zu 0.8 M ergeben.

Sterne geben den grössten Teil ihrer Lebenszeit aus, die infolge Kernfusionsreaktionen scheint, die Wasserstoff zu Helium im Kern des Sterns umwandeln. Der äußere Druck von der Fusion im Kern erwägt innerlichen Zusammenbruch wegen des eigenen Ernstes des Sterns. Wie man sagt, sind solche Sterne in der Hauptfolge.

Das Zwischenglied zu niedrigen Massensternen wird an Wasserstoff in ihren Kernen nach Dutzenden Millionen zu Milliarden von Jahren in der Hauptfolge knapp. Ernst presst den Kern zusammen, und es heizt an. Zurzeit hat der Kern der Sonne eine Temperatur von etwa 15 Millionen K, aber wenn er an Wasserstoff knapp wird, wird die Kompression des Kerns die Temperatur veranlassen, sich zu ungefähr 100 Millionen K zu erheben.

Die Außenschichten des Sterns breiten sich enorm aus und werden viel kühler im Gegensatz zur sehr hohen Temperatur des Kerns; und der Stern wird ein roter Riese. Der Kern setzt fort, sich zusammenzuziehen und anzuheizen, und wenn seine Temperatur 100 Millionen K erreicht, beginnen Helium-Kerne, in Kohlenstoff und Sauerstoff durchzubrennen. Die Wiederaufnahme von Fusionsreaktionen hört die Zusammenziehung des Kerns auf. Das Helium-Brennen (Fusion von Helium-Kernen) bildet bald einen trägen Kern von Kohlenstoff und Sauerstoff, sowohl mit einer Helium verbrennenden Schale als auch mit einer wasserstoffverbrennenden Schale, die es umgibt. In dieser letzten Bühne wird der Stern ein roter Riese wieder und strukturell ein asymptotischer riesiger Zweigstern Beobachtungs-sein.

Helium-Fusionsreaktionen sind äußerst Temperatur empfindlich mit Reaktionsraten, die zu (unter relativ niedrigen Temperaturen) proportional sind. Das bedeutet, dass gerade ein 2-%-Anstieg der Temperatur mehr als die Reaktionsrate verdoppelt. Diese Bedingungen veranlassen den Stern, sehr nicht stabil zu werden — ein kleiner Anstieg der Temperatur führt zu einem schnellen Anstieg von Reaktionsraten, der viel Energie veröffentlicht, die Temperatur weiter vergrößernd. Die Helium verbrennende Schicht breitet sich schnell aus und wird deshalb kühl, der die Reaktionsrate wieder reduziert. Riesige Herzschläge entwickeln sich, die schließlich groß genug werden, um die ganze Sternatmosphäre in den Raum abzuwerfen.

Das vertriebene Benzin bildet eine Wolke des Materials um den jetzt ausgestellten Kern des Sterns. Als immer mehr der Atmosphäre rückt vom Stern ab, tiefere und tiefere Schichten an höher und höhere Temperaturen werden ausgestellt. Wenn die ausgestellte Oberfläche eine Temperatur von ungefähr 30,000 K erreicht, gibt es genug ultraviolette Fotonen, die ausstrahlen werden, um die vertriebene Atmosphäre zu ionisieren, sie lassend, glühen. Die Wolke ist dann ein planetarischer Nebelfleck geworden.

Lebenszeit

Nach der Phase des asymptotischen riesigen Zweigs (AGB) beginnt die kurze planetarische Nebelfleck-Phase der Sternevolution als Gasantrieb weg vom Hauptstern mit Geschwindigkeiten von einigen Kilometern pro Sekunde. Der Hauptstern ist der Rest seines AGB Ahnen, ein elektrondegenerierter Kern des Kohlenstoff-Sauerstoffes, der den grössten Teil seines Wasserstoffumschlags wegen des Massenverlustes auf dem AGB verloren hat. Als sich das Benzin ausbreitet, erlebt der Hauptstern eine zwei Bühne-Evolution, zuerst heißer wachsend, als er fortsetzt sich zusammenzuziehen und Wasserstofffusionsreaktionen in der Schale um den Kern vorkommen und dann langsam kühl werdend, sobald die Wasserstoffschale durch die Fusion und den Massenverlust erschöpft wird. In der zweiten Phase strahlt es weg seine Energie aus, und Fusionsreaktionen hören auf, weil der Hauptstern nicht schwer genug ist, um die Kerntemperaturen zu erzeugen, die für Kohlenstoff und Sauerstoff erforderlich sind, um durchzubrennen. Während der ersten Phase erhält der Hauptstern unveränderliche Lichtstärke aufrecht, während dabei es jemals heißer wächst, schließlich Temperaturen ungefähr 100,000 K erreichend. In der zweiten Phase beruhigt es sich schließlich so viel, dass es genug Ultraviolettstrahlung nicht abgibt, um die immer entferntere Gaswolke zu ionisieren. Der Stern wird ein weißer Zwerg, und die dehnbare Gaswolke wird unsichtbar für uns, die planetarische Nebelfleck-Phase der Evolution beendend. Für einen typischen planetarischen Nebelfleck gehen ungefähr 10,000 Jahre zwischen seiner Bildung und Wiederkombination des Sterns.

Galaktischer recyclers

Planetarische Nebelflecke spielen eine sehr wichtige Rolle in der galaktischen Evolution. Das frühe Weltall hat fast völlig aus Wasserstoff und Helium bestanden, aber Sterne schaffen schwerere Elemente über die Kernfusion. Das Benzin von planetarischen Nebelflecken enthält so ein großes Verhältnis von Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, und als sie sich ausbreiten und sich ins interstellare Medium verschmelzen, bereichern sie es mit diesen schweren Elementen, die insgesamt als Metalle durch Astronomen bekannt sind.

Nachfolgende Generationen von Sternen, welche Form dann einen höheren anfänglichen Inhalt von schwereren Elementen haben wird. Wenn auch die schweren Elemente noch ein sehr kleiner Bestandteil des Sterns sein werden, haben sie eine gekennzeichnete Wirkung auf seine Evolution. Sterne, die sich sehr früh im Weltall geformt haben und kleine Mengen von schweren Elementen enthalten, sind als Bevölkerung II Sterne bekannt, während jüngere Sterne mit dem höheren schweren Element-Inhalt als Bevölkerung I Sterne bekannt sind (sieh Sternbevölkerung).

Eigenschaften

Physische Eigenschaften

Ein typischer planetarischer Nebelfleck ist ungefähr ein Lichtjahr darüber, und besteht aus äußerst rarefied Benzin mit einer Dichte allgemein von 100 bis 10,000 Partikeln. (Die Atmosphäre der Erde enthält vergleichsweise 2.5 Partikeln.) Junge planetarische Nebelflecke haben die höchsten Dichten, manchmal nicht weniger als 10 Partikeln. Als Nebelfleck-Alter veranlasst ihre Vergrößerung ihre Dichte abzunehmen. Die Massen von planetarischen Nebelflecken erstrecken sich von 0.1 bis 1 Sonnenmassen.

Die Radiation vom Hauptstern heizt das Benzin zu Temperaturen von ungefähr 10,000 K. Die Gastemperatur in Hauptgebieten ist gewöhnlich viel höher als an der Peripherie, die 16.000-25.000 K erreicht. Das Volumen in der Nähe vom Hauptstern wird häufig mit einem sehr heißen (Kranz) Benzin gefüllt, das die Temperatur von ungefähr 1,000,000 K hat. Dieses Benzin entsteht aus der Oberfläche des Hauptsterns in der Form des schnellen Sternwinds.

Nebelflecke können als Sache begrenzt oder begrenzte Radiation beschrieben werden. Im ehemaligen Fall gibt es nicht genug Sache im Nebelfleck, um alle UV Fotonen zu absorbieren, die durch den Stern ausgestrahlt sind, und der sichtbare Nebelfleck wird völlig ionisiert. Im letzten Fall gibt es nicht genug UV Fotonen, die durch den Hauptstern ausstrahlen werden, um das ganze Umgebungsbenzin zu ionisieren, und eine Ionisationsvorderseite pflanzt sich äußer in den circumstellar neutralen Umschlag fort.

Zahlen und Vertrieb

Wie man

jetzt bekannt, bestehen ungefähr 3000 planetarische Nebelflecke in unserer Milchstraße aus 200 Milliarden Sternen. Ihre sehr kurze Lebenszeit im Vergleich zur Gesamtsternlebenszeit ist für ihre Seltenheit verantwortlich. Sie werden größtenteils in der Nähe vom Flugzeug der Milchstraße mit der größten Konzentration in der Nähe vom galaktischen Zentrum gefunden.

Morphologie

Nur ungefähr 20 % von planetarischen Nebelflecken sind kugelförmig symmetrisch (zum Beispiel, sieh Abell 39). Ein großes Angebot an Gestalten besteht mit einigen sehr komplizierten gesehenen Formen. Planetarische Nebelflecke werden von verschiedenen Autoren klassifiziert in: Stellar, Platte, Ring, unregelmäßig, spiralenförmig, bipolar, quadrupolar, und andere Typen, obwohl die Mehrheit von ihnen gerade drei Typen gehören: kugelförmig, elliptisch und bipolar. Die Nebelflecke des letzten Typs zeigen die stärkste Konzentration zum galaktischen Flugzeug, und ihre Ahnen sind deshalb relativ junge massive Sterne. Andererseits werden kugelförmige Nebelflecke wahrscheinlich durch die alten der Sonne ähnlichen Sterne erzeugt.

Die riesige Vielfalt der Gestalten ist teilweise die Vorsprung-Wirkung — derselbe Nebelfleck, wenn angesehen, unter verschiedenen Winkeln wird verschieden schauen. Dennoch wird der Grund für die riesige Vielfalt von physischen Gestalten nicht völlig verstanden, aber kann die Gravitationswechselwirkungen mit dazugehörigen Sternen verursacht werden, wenn die Hauptsterne doppelte Sterne sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Planeten den Materialfluss weg vom Stern stören, weil sich der Nebelfleck formt. Es ist beschlossen worden, dass die massiveren Sterne mehr Nebelflecke in der unregelmäßigen Form erzeugen. Im Januar 2005 haben Astronomen die erste Entdeckung von magnetischen Feldern um die Hauptsterne von zwei planetarischen Nebelflecken bekannt gegeben und haben Hypothese aufgestellt, dass die Felder teilweise oder ganz verantwortlich für ihre bemerkenswerten Gestalten sein könnten.

Mitgliedschaft in Trauben

Planetarische Nebelflecke sind als Mitglieder in vier kugelförmigen Trauben entdeckt worden: Unordentlichere 15, Unordentlichere 22, NGC 6441 und Palomar 6. Jedoch muss es noch einen feststehenden Fall eines planetarischen in einer offenen Traube entdeckten Nebelflecks, wie gestützt, auf einer konsistenten Menge von Entfernungen, reddenings, und radialen Geschwindigkeiten geben. Die Fälle von NGC 2348 in Unordentlicheren 46 und NGC 2818 in der jeweiligen offenen Traube, die durch denselben Namen benannt wird, werden häufig als ehrliche Beispiele jedoch zitiert, sie sind stattdessen Gesichtslinie-Zufälle gewährt die radialen Geschwindigkeiten zwischen den Trauben, und planetarische Nebelflecke sind diskrepant.

Teilweise wegen ihrer kleinen Gesamtmasse haben offene Trauben relativ schlechte Gravitationskohäsion. Folglich neigen offene Trauben dazu, sich nach einer relativ kurzen Zeit normalerweise von 100 bis 600 Millionen Jahren wegen Außengravitationseinflüsse mitten in anderen Faktoren zu zerstreuen. Unter außergewöhnlichen Bedingungen können offene Trauben intakt seit bis zu einer Milliarde Jahren oder mehr bleiben.

Theoretische Modelle sagen voraus, dass sich planetarische Nebelflecke von Hauptfolge-Sternen zwischen acht und Sonnenmassen formen können, der ihr Alter in 40 Millionen Jahren und älter stellt. Obwohl es einige hundert bekannte offene Trauben innerhalb dieser Altersreihe gibt, eine Vielfalt von Gründen beschränken die Chancen, ein Mitglied einer offenen Traube in einer planetarischen Nebelfleck-Phase zu finden. Ein solcher Grund besteht darin, dass die planetarische Nebelfleck-Phase für massivere Sterne, die jüngeren Trauben gehören, auf der Ordnung von Tausenden von Jahren — ein Blinzeln des Auges in kosmischen Begriffen ist.

Aktuelle Probleme in planetarischen Nebelfleck-Studien

Ein langes Stehproblem in der Studie von planetarischen Nebelflecken besteht darin, dass in den meisten Fällen ihre Entfernungen sehr schlecht bestimmt werden. Für die nächsten planetarischen Nebelflecke ist es möglich, Entfernungen durch das Messen ihrer Vergrößerungsparallaxe zu bestimmen. Hohe Entschlossenheitsbeobachtungen genommen mehrere Jahre entfernt werden die Vergrößerung der Nebelfleck-Senkrechte zur Gesichtslinie zeigen, während spektroskopische Beobachtungen der Verschiebung von Doppler die Geschwindigkeit der Vergrößerung in der Gesichtslinie offenbaren werden. Das Vergleichen der winkeligen Vergrößerung mit der abgeleiteten Geschwindigkeit der Vergrößerung wird die Entfernung zum Nebelfleck offenbaren.

Das Problem dessen, wie solch eine verschiedene Reihe von Nebular-Gestalten erzeugt werden kann, ist ein umstrittenes Thema. Es wird geglaubt, dass Wechselwirkungen zwischen dem materiellen Abrücken vom Stern mit verschiedenen Geschwindigkeiten am meisten beobachtete Gestalten verursachen. Jedoch glauben einige Astronomen, dass doppelte Hauptsterne für die komplizierteren und äußersten planetarischen Nebelflecke verantwortlich sein müssen. Wie man gezeigt hat, haben mehrere planetarische Nebelflecke starke magnetische Felder, etwas enthalten, was von Grigor Gurzadyan in den 1960er Jahren Hypothese aufgestellt worden ist. Magnetische Wechselwirkungen mit ionisiertem Benzin konnten dafür verantwortlich sein, einige planetarische Nebelflecke zu gestalten.

Es gibt zwei Methoden, Metallüberfluss in Nebelflecken zu bestimmen. Diese verlassen sich auf verschiedene Typen von geisterhaften Linien — Wiederkombinationslinien und collisionally haben Linien erregt. Große Diskrepanzen werden manchmal zwischen den Ergebnissen gesehen ist auf die zwei Methoden zurückzuführen gewesen. Einige Astronomen erklären das durch die Anwesenheit kleiner Temperaturschwankungen innerhalb von planetarischen Nebelflecken; andere behaupten, dass die Diskrepanzen zu groß sind, um durch Temperatureffekten erklärt zu werden, und die Existenz von kalten Knoten Hypothese aufzustellen, die sehr wenig Wasserstoff enthalten, um die Beobachtungen zu erklären. Jedoch sind keine solche Knoten noch beobachtet worden.

Siehe auch

Das Vorangehen Entwicklungsbühne:

• Asymptotischer riesiger Zweig
• Nebelfleck von Protoplanetary

Nachfolgende Entwicklungsbühne:

• Schnelles Emissionsgebiet der Niedrigen Ionisation
• 1159-Stern der Parentalen Guidance (vordegeneriert)
• Weißer Zwerg-

Allgemeine Themen:

• Liste von planetarischen Nebelflecken

Sonst verbunden:

• Kosmische Entfernungsleiter

Alternative Entwicklungen:

Rest von Nova

• Supernova-Rest

Zitierte Quellen

• (Kapitel 1 kann hier heruntergeladen werden.)

Links

• Zugang in der Enzyklopädie von Astrobiology, Astronomie und Spaceflight
• Presseinformation auf neuen Beobachtungen des Katzenauge-Nebelflecks
• Planetarische Nebelflecke, SEDS unordentlichere Seiten
• Die erste Entdeckung von magnetischen Feldern in den Hauptsternen von vier planetarischen Nebelflecken
• Planetarische Nebelflecke — Information und Amateurbeobachtungen
• Planetarischer Nebelfleck auf arxiv.org