Sådan fungerer stjernetåger

Rumsonden Pioneer 10 blev opsendt den 3. marts, 1972. Efter en rejse gennem vores solsystem, det kom ind i dybt rum, på en bane, der vil tage den til Aldebaran, en stjerne placeret i stjernebilledet Tyren. Hvad vil Pioneer 10 støde på, når den foretager sin to millioner år lange rejse over det interstellare rum? Intet? Et tomrum? Fuld sorthed?

Hilsen NASA og STScI
Stjernetåger, såsom timeglasneglen kan inspirere ærefrygt og undren. Se flere stjernetåger.

I virkeligheden, den store tomhed, der findes mellem Solen og Aldebaran, er slet ikke tom. Den er fyldt med støv og gasser, hvad astronomer kalder interstellært stof. Sommetider, dette interstellare stof indsamles på en sådan måde, at det er synligt for jordbundne observatører, enten som en glødende sky eller som en mørk silhuet mod en lysere baggrund. Disse skyer er stjernetåger. En enkelt sådan sky er en tåge, som er latin for "tåge" eller "sky".

Indtil det 20. århundrede, astronomer brugte udtrykket nebula til at beskrive enhver glødende, skylignende objekt observeret fra Jorden. Datidens teleskoper afslørede meget få detaljer om disse objekter, men astronomer kunne se nok til at vide, at disse stjernetåger kom i forskellige former. Nogle blev kaldt spiraltåger ; andre blev kaldt elliptiske stjernetåger . Derefter, i 1920'erne, Den amerikanske astronom Edwin Powell Hubble, ved hjælp af sin tids mest kraftfulde teleskop, opdagede, at mange af objekterne menes at være vage, utydelige skyer var faktisk galakser. Specifikt, han observerede, at Andromeda -spiraltågen faktisk var en spiralgalakse.

I dag, astronomer ved, at galakser og stjernetåger er unikke objekter med forskellige egenskaber. Alligevel er denne sondring alene ikke nok til fuldt ud at forklare, hvad stjernetåger er, og hvordan de fungerer. Denne artikel vil gå ud over den grundlæggende definition for at give et mere grundigt overblik over stjernetåger - hvad de er, hvad de er lavet af, hvor de er placeret, og hvad de laver. Vores første skridt er at forstå en stjernetåles plads i universets store design.

Indhold

1. Tåger i det kosmiske hierarki
2. Typer af stjernetåger
3. Tåger som steder i stjernedannelse
4. Tåger som scener af stjerneødelæggelse
5. Fremtiden for Nebula Research

Tåger i det kosmiske hierarki

For at forstå stjernetåger i universet, det er nyttigt at tænke som en astronom. Astronomer giver mening om universet ved at organisere det i en række "indlejrede" niveauer. Stjernetåger, som er enorme objekter i sig selv, indtage et niveau midt i dette hierarki. Dette er sekvensen:Superklynger danner det øverste niveau, efterfulgt af klynger, galakser, stjernetåger, stjernesystemer, stjerner, planeter og måner. Lad os se kort på hver, ved hjælp af illustrationen herunder som en vejledning.

• Superklynger består af flere klynger af galakser. De repræsenterer det højeste niveau i det kosmiske hierarki og er de største objekter i universet. Nogle er så store som 100 mio lysår et kors. Et lysår er den afstand, lyset bevæger sig om et år. Fordi lyset bevæger sig ved 300, 000 kilometer i sekundet, den kan dække 9,46 billioner kilometer på et år. Det er det samme som 5,88 billioner miles. Eksempler på superklynger omfatter Jomfruen, eller lokalt, Superklynge; Coma Supercluster; Hercules Supercluster; Perseus Supercluster; og den sydlige supergalakse.
• EN klynge er en gruppe galakser, der rejser sammen. De kan indeholde to eller tre galakser, eller de kan have tusinder af galakser. Vores hjem galakse, Mælkevejen, er en del af en klynge kendt som den lokale gruppe. Vores nærmeste galaktiske nabo, Andromeda -galaksen, tilhører også den lokale gruppe, som flere andre.
  


• Næste på skalaen kommer galakser , hvad astronomer engang kaldte ø -universer . De er ikke individuelle universer, selvfølgelig, men er samlinger af stjerner, gasser og støvpartikler. De findes i forskellige former - spiral, elliptisk og uregelmæssig - og varierer meget i størrelse. Mælkevejen er en spiralgalakse, der er 70, 000 til 100, 000 lysår på tværs [kilde:NASA].
  


• Tåger findes inde i galakser, fylder rummet mellem stjerner eller omsluttende stjerner som en kappe. De er lavet af støv og gas og kan fremstå som enten lyse eller mørke skyer. Gassen er for det meste hydrogen blandet med noget helium. Faktisk, astronomer klassificerer undertiden tåger baseret på den type brint, de indeholder: H+ stjernetåger indeholder for det meste ioniseret hydrogen (hydrogenatomer, hvor elektroner er blevet fjernet); H jeg tåger indeholder for det meste neutralt hydrogen; og H II -stjernetåger indeholder hydrogen, der findes i molekylær form (H ₂ ). Den anden hovedkomponent i stjernetåger - støv - består af fine partikler, der indeholder kulstof, silicium, magnesium, aluminium og andre elementer.
  
  Støv og gas i en tåge spredes meget tyndt. En enkelt sky indeholder færre atomer pr. Kubikcentimeter end et røgpust. Men fordi en enkelt sky er enorm i størrelse, strækker sig over mange lysår, den kan dæmpe eller blokere andre objekter, der er placeret bag den.


• Stjernesystemer , ligesom vores solsystem, kom næste. Et stjernesystem kan have et til to lysår på tværs, afhængigt af antallet af planeter, den indeholder. Kernen i et sådant system er en stjerne , et himmellegeme, der producerer energi ved termonukleære reaktioner. En enkelt tåge kan være forbundet med mange stjerner. For eksempel, Ørnetågen er hjemsted for stjerneklyngen M16, en samling af hundredvis af unge, lyse stjerner. Vores sol, en mellemstor, midaldrende stjerne, er meget ældre end dem, der ligger i Ørnetågen. Andre kendte stjerner omfatter Alpha Centauri, Proxima Centauri og Sirius.
  
  
  Hilsen NASA og STScI
  Et billede af Ørnetågen afslører mange kugler, der indeholder embryonale stjerner.

Endelig, på et niveau i det kosmiske hierarki, der er svært at vise på vores skala, vi har planeter og måner - kun pletter sammenlignet med stjernetåger. Asteroider, kometer og meteoroider er endnu mindre, varierer i størrelse fra små måner til store klipper.

Nu hvor vi har en skala at arbejde med, lad os undersøge de forskellige typer stjernetåger mere detaljeret.

Typer af stjernetåger

Astronomer klassificerer generelt stjernetåger i to brede kategorier - lyse og mørk . Lyse stjernetåger er tæt nok på nærliggende stjerner, at de lyser, selvom metoden, hvor de producerer den glød, afhænger af to faktorer. Den første er en tåge nærhed til stjernen, og den anden er stjernens temperatur. Når en tåge er meget tæt på en varm stjerne, det kan absorbere store mængder ultraviolet stråling. Dette opvarmer gassen til omkring 10, 000 Kelvin (9, 726 grader Celsius eller 17, 540 grader Fahrenheit). Ved sådanne ekstreme temperaturer, hydrogengassen bliver ophidset og lyser med et fluorescerende lys. Astronomer omtaler denne type stjernetåge som en emissions tåge . Den Store Tåge i Orion (M42) er en klassisk emissionståge.

Hilsen NASA og STScI
Oriontågen er en emissionsnebula. Det er oplyst og opvarmet af fire massive stjerner kendt som Trapezium, som ligger tæt på midten af ​​billedet.

Sommetider, en tåge er længere væk fra en stjerne eller stjernen ikke er så varm. I dette tilfælde, støvet fra den tåget sky reflekterer lyset, meget gerne blettet sølv, der reflekterer levende lys. De fleste refleksionståger får en blålig farve, fordi partiklerne fortrinsvis spreder blåt lys. Nogle få, imidlertid, afspejler stærkt lyset fra stjernen, der oplyser dem. Pleiadernes stjerneklynge i Taurus indeholder flere reflekterende stjernetåger.

Mørke stjernetåger er ikke tæt nok på stjerner til at blive belyst. De er kun synlige, når noget
lysere - en stjerneklynge, for eksempel - giver en baggrund. Sommetider, mørke stjernetåger vises som baner, stræder eller kugler inden for lyse stjernetåger. Trifidtågen er en strålende rød emissionståge, der ser ud til at være opdelt i tre områder af mørke støvgyder. Horsehead -stjernetågen i Orion er også en mørk tåge, ligesom det store mørke bånd, der deler Mælkevejen i to langs sin længde.

Hilsen NASA og STScI
Horsehead -stjernetågen er en mørk tåge placeret i Orion. Det er kun synligt, fordi det ligger over en lysere baggrund.

Udover at blive klassificeret enten lyst eller mørkt, stjernetåger modtager også navne. Charles Messier, en fransk astronom, begyndte at katalogisere ikke-stjernede objekter i det 18. århundrede. I stedet for at bruge navne, han brugte tal. Det første objekt, han listede, var Krabbeågen i Tyren, som han betegnede Messier-1, eller M-1. Han betegnede ringtågen M-57. Galakser lavede også sin liste. Andromeda -galaksen, den 31. genstand, han registrerede, blev til M-31. I det 19. århundrede, amatørastronomer gav almindelige navne til næsten alle Messier -objekter, ud fra hvordan de ser ud. Det er sådan navne som Dumbbell Nebula, Horsehead -stjernetågen og ugletågen kom ind i det astronomiske leksikon. Nogle tåger, såsom Orion -stjernetågen, blev opkaldt efter stjernebilledet, som de ser ud til at være en del af.

Få navne, imidlertid, hint om den afgørende rolle, som stjernetåger spiller i kosmos. På den næste side, Vi lærer, at stjernetåger gør mere end at lyse smukt på nattehimlen.

Tåger som steder i stjernedannelse

Klassifikationsordningen beskrevet ovenfor, mens det er nyttigt, synes at antyde, at en tåge er konstant og uforanderlig, eksisterer i en stat for evigt. Dette er ikke tilfældet. De forskellige lyse og mørke stjernetåger repræsenterer faktisk forskellige stadier i stjernernes udvikling. Lad os undersøge denne evolutionære proces for at forstå, hvordan stjernetåger fungerer som en vugge til stjernedannelse.

Mørke stjernetåger:Frøene plantes

Vi ved allerede, at stjernetåger er skyer med lav densitet. Vi ved også, intuitivt, at stjerner er meget tætte genstande. Hvis en tåge skal fungere som fødested for stjerner, derefter skal dets byggestenmaterialer-støvpartikler og hydrogen og heliumgas-trækkes sammen og komprimeres til en relativt lille "kugle" af stof. Det viser sig, denne kondensationsproces forekommer i forskellige regioner i hele mørke stjernetåger ( refleksionståger , såvel, som egentlig ikke er andet end mørke stjernetåger, der reflekterer lyset fra nærliggende stjerner).

Tyngdekraften er den kraft, der driver kondens. Som en kugle af støv og gas trækker sig sammen under sin egen tyngdekraft, det begynder at krympe, og dets kerne begynder at falde hurtigere og hurtigere sammen. Dette får kernen til at varme op og rotere. På dette tidspunkt, det kondenserede materiale kaldes a protostjerne . En tåge kan have mange protostarer, som hver især er bestemt til at være et individuelt stjernesystem.

Nogle protostarer har mindre masse end vores sol. De er så små, at de ikke kan starte de termonukleære reaktioner, der er så typiske for stjerner. Endnu stadig, disse genstande kan lyse svagt, fordi tyngdekraften får dem til at fortsætte med at skrumpe, som frigiver energi i processen. Astronomer mærker disse objekter brune dværge som en måde at beskrive deres lille størrelse og relativt ubetydelige effekt.

Andre protostarer er større, mange gange mere massiv end vores egen sol. Disse store protostarer fortsætter med at trække sig sammen, men i stedet for at producere varme gennem sammentrækning alene, de begynder at omdanne brint til helium i en proces kendt som termonuklear fusion . På dette tidspunkt, protostjernefasen er slut, og en sand stjerne begynder at danne sig. Omkring det er en hvirvlende sky af resterende støv og gas - selve materialet, der kan bygge, over milliarder af år, et system af planeter og måner.

Emissionsnebulae:En stjerne er født

Når en protostjerne bliver et selvstrålende objekt, drevet af sine egne termonukleære reaktioner, det bliver en sand stjerne. Hvis det er massivt nok, en stjerne kan ionisere det nebulære materiale, producerer et område med fluorescens omkring det. Den mørke tåge, lyser nu, bliver en emissionsnebula.

En enkelt emissionståge kan fyldes med talrige nyfødte stjerner. Et godt eksempel er Kegletågen, i enhjørningen Monoceros, et område med aktiv stjernedannelse. Kegletågen er en del af en enorm sky af hydrogengas, der vugger mange helt nye stjerner, som varierer drastisk i lysstyrke, fordi mange stadig er tilsluttet sky og støv. Den klareste stjerne, der er forbundet med kegletågen, er S Monocerotos.

Hilsen NASA og STScI
Kegletågen er faktisk bare en lille del af en meget større tågetåge.

Nebulae kan også markere stedet for en stjernes død. På den næste side, vi ser på, hvordan det kan ske.

Tåger som scener af stjerneødelæggelse

Der er to typer lyse stjernetåger, der er forbundet, ikke med stjernefødsel, men med stjernedød. De første af disse er planetariske stjernetåger , såkaldte, fordi de er runde objekter, der ligner planeter. En planetarisk tåge er den frittliggende ydre atmosfære af en rød kæmpestjerne, som er en af ​​de sidste faser i en mellemstor stjernes livscyklus. Sådan bliver planetariske stjernetåger:

1. En aldrende stjerne, lav på brint som brændstof, begynder at brænde helium.
2. Det fortsætter med at brænde brint i dets ydre lag og, som det gør, den svulmer op til en kæmpe størrelse.
3. Overfladen køler og rødner.
4. Kæmpestjernen bliver ustabil og skubber sine ydre lag ud.
5. Dette udstødte materiale danner en planetarisk tåge, som omgiver en varm, blåhvid kerne.
6. Varme fra kernen får stjernetågen til at lyse.
   
   
   Hilsen NASA og STScI
   Eskimo -stjernetågen blev dannet ved døden af ​​en rød kæmpestjerne, der eksploderede omkring 10, 000 år siden.

Et godt eksempel på en planetarisk tåge er Eskimo -stjernetågen, som ligger omkring 5, 000 lysår fra Jorden i stjernebilledet Tvillingerne. Opdaget af William Herschel i 1787, stjernetågen får sit navn, fordi, set gennem jordbaserede teleskoper, det ligner et ansigt omgivet af en pelsparka. Parkaen er faktisk en ring af materiale, der strømmer væk fra en central, døende stjerne.

Hvis en stjerne er massiv nok, den dør ikke som en rød kæmpe, men som en supernova. EN supernova opstår, når en stjerne eksploderer og smider det meste af sit materiale ud i rummet. Når en supernova involverer en binær, eller to-stjernet system, det er kendt som en Type 1 supernova . Når en supernova involverer en ensom stjerne, det er kendt som en Type 2 supernova .

I type 1 supernovaer, en stjerne i det binære system er en hvid dværg, en døende stjerne, der har brugt næsten alt sit brint. Den hvide dværg trækker materiale fra de yderste lag af sin ledsagerstjerne. Dette materiale brænder i dværgens ydre områder, får kernen til at varme op til ekstreme temperaturer. Da den hvide dværg indtages i en løbende reaktion, det eksploderer, udstødning af dets rester i en stor sky - en tåge. Gennemsnitlig, en type 1 -supernova forekommer i en galakse hvert 140. år [kilde:Ronan].

Type 2 -supernovaer forekommer oftere, måske en gang hvert 91. år i en galakse [kilde:Ronan]. I en type 2 -supernova, en enkelt stjerne oplever et pludseligt sammenbrud. Kernen i en sådan stjerne bliver massivt tæt - en tæt pakket kugle af neutroner. Da resten af ​​stjernens materiale falder indad under sin egen vægt, den rammer kernen med en sådan kraft, at den "hopper" tilbage udad igen i en storslået eksplosion. Denne eksplosion danner en synlig tåge, der let kan observeres fra Jorden.

Den bedst undersøgte type 2-supernova er Krabbetågen, opdaget i 1054 e.Kr. af kinesiske og arabiske astronomer, der troede, at de så på en ny stjerne. "Stjernen" blev lysere i løbet af flere uger, og i juli, kunne observeres i 23 dage, selv i dagtimerne. Det forblev synligt for det blotte øje i cirka to år. Supernova SN1987A, i den store magellanske sky, er en anden type 2 -supernova, der eksploderede i 1987. Dens tåge udvidede sig til diameteren af ​​Jordens bane omkring Solen - 300 millioner kilometer - på bare 10 timer [kilde:Ronan].

Hilsen NASA og STScI
Krabbe -stjernetågen er en Type 2 -supernova -rest i stjernebilledet Tyren.

Du tror måske, at sådanne opdagelser er sjældne, men som vi vil se i det næste afsnit, astronomer fortsætter med at finde nye stjernetåger og finde ud af nye ting om stjernetåger, der er blevet undersøgt i årevis.

Fremtiden for Nebula Research

Forskere fortsætter med at udvide deres forståelse af selv længe undersøgte stjernetåger. De fleste af disse fremskridt skyldes forbedringer i teleskoper og anden observationsteknologi. Hubble -teleskopet har afsløret en stor detalje om stjernetåger. I 2005, rumteleskopet fangede den mest detaljerede visning af Krabbe -stjernetågen i et af de største billeder, der nogensinde er samlet af observatoriet. Og i 2006, Spitzer-teleskopet (lanceret i 2003 som Space Infrared Telescope) indsamlede aldrig tidligere set data om Orion-stjernetågen.

Spitzers infrarøde øje fandt omkring 2, 300 diske af planetdannende materiale, der enten var for lille eller fjernt til at blive set af de fleste traditionelle teleskoper, der scanner Orion inden for det synlige område af det elektromagnetiske spektrum. Spitzer afslørede også omkring 200 "baby" -stjerner, der endnu ikke havde udviklet nogen planetdiske [kilde:NASA Jet Propulsion Laboratory].

Det er de vidundere, rumsonder som Pioneer 10 kan støde på, når de rejser over galaksen. Rumforskere, imidlertid, får måske aldrig et førstehånds glimt af stjernetåger. Orion, den nærmeste stjernefabrik til vores hjemplanet, sidder omkring 1, 450 lysår fra Jorden.

For mere om stjernetåger, astronomi og beslægtede emner, se på linkene på den næste side.

En jordlignende tvilling? Det er ikke en uklar idé
Opdagelsen af ​​planetdannende diske i Oriontågen har enorme konsekvenser. Mere end nogensinde, astronomer mener, at et andet stjernesystem som vores solsystem kan holde en planet analog med Jorden - en, der har de helt rigtige betingelser for at understøtte livet, som vi kender det. I februar 2008, astronomer kan endda have fundet et system, placeret 5, 000 lysår på tværs af galaksen, det kunne være en kandidat. Systemet indeholder en rødlig stjerne omkring halvdelen af ​​vores solmasse, samt to gasgigantplaneter, der ligner Jupiter og Saturn. Selvom astronomer ikke kunne observere en jordanalog, de tror, ​​at den kunne eksistere i en indre bane meget tættere på stjernen. Og sådanne stjernesystemer er ikke sjældne. Der kan være hundredvis, tusinder eller millioner af sådanne systemer spredt på tværs af kosmos. [kilde:The New York Times]

Oprindeligt udgivet:18. juni, 2008

Nebula FAQ

Er en tåge større end en galakse?

Nebulae findes inde i galakser, fylder rummet mellem stjerner eller omsluttende stjerner som en kappe, så nej, stjernetåger er ikke større end galakser.

Hvad er de to typer stjernetåger?

Astronomer klassificerer generelt stjernetåger i to brede kategorier:lyse og mørke. Lyse stjernetåger er tæt nok på nærliggende stjerner, at de lyser. Mørke stjernetåger er ikke tæt nok på stjerner til at blive belyst.

Hvordan dannes en tåge?

De er lavet af støv og gas og kan fremstå som enten lyse eller mørke skyer. Gassen er for det meste hydrogen blandet med noget helium.

Er Krabbe -stjernetågen i vores galakse?

Ja, Krabbeågen er også placeret i Mælkevejen.

Hvilken er den største tåge?

Den største tåge er Tarantula -stjernetågen. Den strækker sig over mere end 1, 800 lysår på sit længste spænd.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer galakser
• Sådan fungerer Mælkevejen
• Sådan fungerer stjerner
• Sådan fungerer sorte huller
• Sådan fungerer Dark Matter
• Sådan fungerer teleskoper
• Sådan fungerer Hubble rumteleskop
• Sådan fungerer reparation af Hubble -rumfartøjet

Flere store links

• Alt om stjernetåger på Space.com
• Nebula Image Collection på HubbleSite
• Nebulae News Stories på HubbleSite
• Tåger på NASAs websted

Kilder

• "Alt om stjernetåger." Space.com.
  http://www.space.com/nebulas/
• Barnes-Svarney, Patricia, red. "New York Public Library Science Desk Reference." Macmillan. New York, 1995.
• Engelbert, Phyllis og Dupuis, Diane L. "Den Handy Space Answer Book." Synlig blækpresse. Michigan, 1998.
• Gallant, Roy A. "National Geographic Picture Atlas of Our Universe." National Geographic Society. Washington DC., 1994.
• "Mælkevejens størrelse." Spørg en astrofysiker. NASA. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/980317b.html
• "Tågen." Encyclopedia Britannica 2005, CD ROM.
• "Tågen." World Book 2005.
• Farvel, Dennis. "Mindre version af solsystemet er opdaget." New York Times. 15. februar kl. 2008.
  http://www.nytimes.com/2008/02/15/science/space/15planets.html
• Ronan, Colin A. "Univers:The Cosmos Explained." Quantum Books. London, 2007.
• "Spitzer graver trover af mulige solsystemer i Orion." NASA Jet Propulsion Laboratory. 14. august kl. 2006.
  http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2006-099