Модели образования колец в планетарных туманностях

Карпова А.В.1, Варшалович Д. А.2

1 СПбГПУ2 ФТИ им. Иоффе РАН

Санкт-Петербург2010

2

Введение

Наблюдения с помощью телескопа «Хаббл» выявили новые особенности структуры гало ПТ– концентрические кольца, вложенные друг в друга. Реально эти структуры представляют собой оболочки, которые в проекции на плоскость неба воспринимаются как кольца.

Планетарная туманность (ПТ) – это очень разреженная и протяженная светящаяся газовая оболочка, окружающая горячую звезду и сформировавшаяся на поздней стадии эволюции этой звезды из ее вещества.

3

Эволюционные треки звезд

4

NGC 6543 («Кошачий Глаз»)

5

Кольца NGC 6543У туманности «Кошачий Глаз» выявлено более 10 колец. Расстояние до туманности составляет 1 кпк, а скорость расширения колец 10 км/с.

Поверхностная яркость в линии Нα наводит на мысль, что кольца имеют постоянную массу ( ) и толщину (~1000 а. е.). Общая масса видимых оболочек .

Интервалы между кольцами, если считать скорость расширения постоянной, составляют 1170, 1350, 1040, 1350, 1030, 1580, 1620 и 1890 ± 100 лет, начиная от внутреннего кольца. Средний интервал равен 1400 лет.

6

Теории образования колец1. Бинарная модель

Авторы: Amos Harpaz, Saul Rappaport, and Naom Soker(The rings around the Egg Nebula // ApJ. – 1997. – V. 487).Расчет сделан для туманности «Яйцо»Кольца сформировались вокруг звезды благодаря действию компаньона.

7

Теории образования колец2. Гидродинамическая модель

Авторы: Y.J.W. Simis, V.Icke, and C. Dominik(Origin of quasi-periodic shells in dust forming AGB Winds // A&A. – 2001. – V. 371 )Расчет сделан для туманности «Арахис».Кольца возникли благодаря ударным волнам в звездном газо-пылевом ветре .

8

Теории образования колец3. Магнитогидродинамическая модель

Авторы: G. Garcia-Segura, J. A. Lopez, and J. Franco(Late AGB magnetic cycles: magnetohydrodynamic solutions for the Hubble Space Telescope planetary nebulae rings // ApJ. - 2001. – V. 560 )Расчет сделан для туманности «Кошачий Глаз».Кольца обусловлены магнитной активностью звезды.

9

Теории образования колец4. Модель звездных осцилляций

Авторы: H. M. Van Horn, J. H. Thomas, A. Franck, E. G. Blackman(Fuel-supply-limited stellar relaxation oscillations: application to multiple rings around asymptotic giant branch stars and planetary nebulae // ApJ. – 2003. – V. 585 )Расчет сделан для туманности «Кошачий Глаз».Кольца возникли благодаря нестабильностям, обусловленным горением водорода в слоевом источнике

10

Модель тепловых вспышек в гелиевом слоевом источнике

11

Модель тепловых вспышек в гелиевом слоевом источнике

Зависимость между (массой ядра, измеренной в Солнечных массах),и(временем между вспышками). Незакрашенные кружки соответствуют массе звезды , рассмотренной в работе Пачинского (при этом X=0.7, Z=0.03).

TBt

12

Модель тепловых вспышек в гелиевом слоевом источнике

Типичные времена между гелиевыми вспышками составляют лет, но вполне возможны и гораздо меньшие

периоды. Все зависит от массы ядра звезды. Для время между вспышками составляет лет и увеличивается до лет при . Для больших масс ядра время между вспышками уменьшается с ростом массы ядра по закону (Бисноватый-Коган «Физические вопросы теории звездной эволюции»)

4 510 10

где измеряется в годах, а - масса углеродно-кислородного ядра звезды .Для получения периода порядка 1400 лет, как наблюдается в туманности «Кошачий Глаз», необходима такая масса ядра:

TBt cM

cM

13

Новые наблюдения, необходимые для подтверждения гипотез измерить поляризацию излучения, определить

магнитное поле NGC 6543. определить точную скорость расширения отдельных

колец, т. к. предположение о том, что скорость расширения колец всегда была одной и той же, причем одинаковой для всех колец, не совсем оправдано.

определение точного количества колец вокруг туманности; с улучшением технических характеристик телескопов определяют все более и более слабые кольца вокруг туманности, но пока их описание отсутствует.

14

ЗаключениеВ настоящее время существует несколько моделей, объясняющих образование колец, но ни одна из них не является общепризнанной. Каждая модель хорошо описывает только часть характеристик колец, имеет свои преимущества и недостатки.

Предложенную в работе модель образования колец в результате вспышек в гелиевом слоевом источнике вполне возможно использовать наравне с остальными моделями.

Был проведен независимый анализ расчетов, сделанных в работе Ван Хорна и др. Полученный результат отличается от результатов данной статьи.

Необходимы дальнейшие теоретические расчеты, доработки моделей и астрофизические наблюдения, чтобы определить достоверность той или иной гипотезы.

Спасибо за внимание!