Кометные узлы в туманности Улитка: каждый — массой с Землю

Кажется, что снизу вверх бьют тысячи огненных струй — будто кто-то поджег газ по краю гигантского кольца. На самом деле это фрагмент планетарной туманности Улитка (Helix Nebula, NGC 7293), той самой, которую в интернете называют «Глазом Бога».

Каждая «струя» — плотный сгусток газа и пыли массой примерно с нашу планету и размером в несколько орбит Плутона. Астрономы зовут их кометными узлами и до сих пор не могут уверенно сказать, откуда они берутся.

Что такое кометные узлы и почему они так называются

Кометные узлы — это плотные комки газа и пыли внутри планетарной туманности, у которых есть яркая «голова» и вытянутый «хвост». Хвост всегда направлен прочь от центральной звезды — ровно так же, как хвост настоящей кометы всегда отвернут от Солнца. На этом сходство и заканчивается: ни ядра, ни льда, ни орбиты у узлов нет, они просто попали под звездный ветер.

История у них любопытная. Первым эти сгустки в Улитке разглядел Вальтер Бааде, но в научный оборот их ввел советский астроном Борис Воронцов-Вельяминов — в своем докладе 1968 года. Настоящую же славу узлам принес космический телескоп «Хаббл»: в 1996 году Роберт О'Делл и Кэрол Хандрон получили снимки, на которых сгустки распались на отдельные объекты с четкой формой. Именно тогда за ними окончательно закрепилось название «кометные узлы».

Проблема в том, что их никто не ждал. Теоретические модели планетарных туманностей предсказывали более или менее гладкую расширяющуюся оболочку — а вместо нее обнаружились десятки тысяч отдельных комков. По разным оценкам, только в Улитке их от 23 до 40 тысяч. Похожие структуры позже нашли в туманности Кольцо, в Гантели и в NGC 2392, так что речь идет не об аномалии одного объекта, а о правиле.

Насколько велик один кометный узел

Цифры здесь плохо укладываются в голову. Масса типичного узла сопоставима с массой Земли. Размер — в несколько раз больше орбиты Плутона, то есть десятки миллиардов километров.

Если раскинуть земную массу по такому объему, получится вещество плотностью порядка миллиона частиц на кубический сантиметр. По земным меркам это глубокий вакуум — но по меркам туманности, где типичная плотность в тысячу раз ниже, узлы выглядят как настоящие сгустки материи. Именно поэтому они не разлетаются мгновенно и живут достаточно долго, чтобы мы успели их сфотографировать.

Откуда берутся узлы: гипотеза неустойчивости

Общепринятого объяснения нет до сих пор, но есть ведущая версия. В центре туманности догорает ядро бывшей звезды — белый карлик. Он выдувает разреженный, но очень горячий и быстрый ветер, который врезается в более плотные и медленные оболочки, сброшенные звездой раньше.

Когда легкое и быстрое вещество пытается протолкнуться сквозь тяжелое и медленное, граница между ними не остается ровной: она идет пальцами и языками. Физики называют это неустойчивостью Рэлея — Тейлора, а европейские астрономы описывают то же самое проще — как масло, пробивающееся сквозь воду. Плотный газ разбивается на комки, звездный ветер обтекает каждый из них и сдувает часть вещества назад — так и появляется хвост.

Версия красивая, но не единственная и не доказанная. Часть исследователей считает, что комковатость закладывается еще раньше, на стадии сброса оболочки, а ветер лишь проявляет уже готовую структуру.

Что означают цвета на снимке «Уэбба»

Это не художественная раскраска: цвет здесь напрямую кодирует температуру и химию газа.

Голубоватые оттенки отмечают самый горячий газ, ионизованный жестким ультрафиолетом центрального карлика. Дальше от звезды температура падает, атомы водорода успевают соединиться в молекулы — эти области светятся желтым. По внешнему краю идут красно-оранжевые тона: там холоднее всего, газ разрежается и начинает конденсироваться пыль.

Сам белый карлик в кадр не попал — «Уэбб» снимал лишь фрагмент туманности, чтобы вытянуть максимум деталей. Хвосты узлов на снимке подсказывают, где он находится: они разбегаются от него, как тени от единственной лампы.

Что такое планетарная туманность и при чем тут планеты

Планеты тут ни при чем — виновата терминология XVIII века. Уильям Гершель в 1780-х годах увидел в свой телескоп круглые размытые диски и описал их как «туманности, похожие на планету». Название прижилось и с тех пор путает каждое новое поколение любителей астрономии.

На самом деле планетарная туманность — это то, что остается от звезды вроде нашего Солнца в самом конце ее жизни. Исчерпав топливо, звезда раздувается в красный гигант и сбрасывает внешние слои, а обнажившееся горячее ядро подсвечивает разлетающийся газ ультрафиолетом. Стадия недолгая: Улитка расширяется со скоростью около 31 км/с и существует, судя по всему, немногим более десяти тысяч лет. Еще через несколько десятков тысяч лет газ рассеется, и от всей картины останется только медленно остывающий белый карлик.

Строительный материал для новых миров

Улитка удобна именно тем, что это одна из ближайших к нам планетарных туманностей: до нее около 650 световых лет, и мы можем разглядеть в ней детали, недоступные в более далеких объектах.

Вещество, которое сейчас разлетается кометными узлами, обогащено углеродом, азотом, кислородом — элементами, синтезированными внутри звезды. Через миллионы лет оно смешается с межзвездным газом и войдет в состав новых звезд и планет. Умирающая звезда буквально раздает стройматериал для следующего поколения миров.

Как найти туманность Улитка на небе

Туманность Улитка лежит в созвездии Водолея, ее блеск — около 7,6 звездной величины, а видимый размер составляет примерно 25 угловых минут, почти как полная Луна. Формально это доступно даже биноклю, но есть подвох: свет размазан по большой площади, поэтому поверхностная яркость очень низкая.

Практические выводы простые. Нужны по-настоящему темное небо без засветки, малое увеличение и широкое поле зрения — при высоком увеличении туманность окажется больше, чем поле зрения. Увидеть туманность поможет узкополосный фильтр OIII или UHC. Лучшее время наблюдений в средних широтах — конец лета и осень, но искать объект придется низко над южным горизонтом.