Планетарні туманності - це розширюються газові оболонки, які викидаються сонцеподібними зірками наприкінці свого життя. Сонці, подібні до сонця, проводять більшу частину свого життя, спалюючи водень у гелій. В кінці цієї фази синтезу водню ці зірки збільшують свій діаметр приблизно в 100 разів і стають «червоними гігантськими зірками». В кінці фази червоного гіганта зовнішні шари зірки здуваються. Газ, що викидається, продовжує розширюватися від центральної зірки, що залишилася, яка згодом перетворюється на «білого карлика», коли все ядерне синтез припиняється. Астрономи вважають, що планетарна туманність утворюється тоді, коли швидкий зоряний вітер, що надходить від центральної зірки, наздоганяє повільний вітер, що виникає раніше, коли зірка викидала більшість її зовнішніх шарів. На межі між двома вітрами відбувається удар, який створює видиму щільну оболонку, характерну для планетарних туманностей. Газова оболонка збуджена і освітлена світлом, випромінюваним гарячою центральною зіркою. Світло від центральної зірки здатне освітлити планетарну туманність протягом якихось 10000 років.
Спостережувані форми планетарних туманностей дуже спантеличені: більшість з них (близько 80%) - біполярні або еліптичні, а не сферично симетричні. Ця складність призвела до красивих і дивовижних зображень, отриманих сучасними телескопами. На малюнках нижче порівнюються планетарні туманності з біполярною (лівою) та сферичною (правою) формами.
Причина, чому більшість планетарних туманностей не є сферичними, недостатньо вивчена. Наразі було розглянуто кілька гіпотез. Один з них припускає, що дивні форми планетарних туманностей можуть бути обумовлені деяким відцентровим ефектом, що виникає внаслідок швидкого обертання червоних гігантів. Інша теорія полягає в тому, що на симетрію вітру зірки може впливати супутня зірка. Однак найновіші та переконливі теорії, що пояснюють форми туманностей, стосуються магнітних полів.
Наявність магнітних полів непогано пояснить складні форми планетарних туманностей, оскільки викинута речовина потрапляє в лову уздовж ліній магнітного поля. Це можна порівняти із залізними начинками, захопленими по польових лініях барного магніту - класична демонстрація в кабінетах фізики середньої школи. Оскільки сильні магнітні поля на поверхні зірки також чинять тиск на газ, матерія може легше залишити зірку на магнітних полюсах, де магнітне поле є найсильнішим.
Існує кілька способів створення магнітних полів поблизу планетарних туманностей. Магнітні поля можуть утворюватися зоряним динамо під час фази, коли туманність викидається. Щоб існувало динамо, ядро зірки повинне обертатися швидше, ніж конверт (як це відбувається на Сонці). Можливо також, що магнітні поля - викопні реліквії попередніх етапів еволюції зоря. За більшості обставин матерія в зірках настільки сильно електропровідна, що магнітні поля можуть вижити мільйони чи мільярди років. Обидва механізми, поєднані з взаємодією викинутої речовини з навколишнім міжзоряним газом, могли б формувати планетарні туманності.
Донедавна думка про те, що магнітні поля є важливим інгредієнтом формування планетарних туманностей, була суто теоретичним твердженням. У 2002 році були виявлені перші вказівки на наявність таких магнітних полів. Радіоспостереження виявили магнітні поля в навколозоряних оболонках гігантських зірок. Ці циркулярні оболонки дійсно є потомниками планетарних туманностей. Однак такого магнітного поля ніколи не спостерігалося в самих туманностях. Щоб отримати пряму підказку про наявність магнітних полів у планетарних туманностях, астрономи вирішили зосередитись на центральних зірках, де магнітні поля мали би зберегтися.
Зараз отримані перші прямі докази. Вперше Стефан Джордан та його команда виявили магнітні поля в декількох центральних зірках планетарних туманностей. Використовуючи спектрограф FORS1 8-м класу дуже великого телескопа (VLT, Європейська південна обсерваторія, Чилі), вони виміряли поляризацію світла, випромінюваного чотирма з цих зірок. Поляризаційні сигнатури в спектральних лініях дозволяють визначити інтенсивність магнітних полів у спостережуваних зірках. За наявності магнітного поля атоми характерно змінюють свою енергію; цей ефект називається ефектом Земана і був відкритий у 1896 році Пітером Зееманом у Лейдені (Нідерланди). Якщо ці атоми поглинають або випромінюють світло, світло стає поляризованим. Це дає можливість визначити силу магнітного поля шляхом вимірювання сили поляризації. Ці поляризаційні сигнатури зазвичай дуже слабкі. Такі вимірювання вимагають даних дуже високої якості, які можна отримати лише за допомогою телескопів 8-метрового класу, таких як VLT.
Команда спостерігала чотири центральні зірки планетарних туманностей, і магнітні поля були знайдені у всіх. Ці чотири зірки були обрані тому, що пов'язані з ними планетарні туманності (з назвою NGC 1360, HBDS1, EGB 5 та Abell 36) всі несферичні. Тому, якщо гіпотеза про магнітне поле для пояснення форм планетарних туманностей є правильною, ці зірки повинні мати сильні магнітні поля. Ці нові результати показують, що це дійсно так: сили виявлених магнітних полів коливаються від 1000 до 3000 Гаус, що приблизно в тисячу разів перевищує інтенсивність глобального магнітного поля Сонця.
Ці нові спостереження, опубліковані Стефаном Джорданом та його колегами, підтримують гіпотезу, що магнітні поля відіграють головну роль у формуванні планетарних туманностей. Зараз команда планує шукати магнітні поля в центральних зірках сферичних планетарних туманностей. Такі зірки повинні мати слабкіші магнітні поля, ніж щойно виявлені. Ці майбутні спостереження дозволять астрономам краще оцінити співвідношення між магнітними полями та дивними формами планетарних туманностей.
За кілька останніх років поляриметричні спостереження за допомогою ВЛТ призвели до виявлення магнітних полів у великій кількості зоряних об’єктів на пізніх еволюційних стадіях. Окрім вдосконалення нашого розуміння цих прекрасних форм планетарних туманностей, виявлення цих магнітних полів дозволяє науці зробити крок вперед до з'ясування взаємозв'язку між магнітними полями і зоряною фізикою.
Оригінальне джерело: NASA Astrobiology Story
