Туманність Гомункул — біполярна емісійно-відбивна туманність, що оточує масивну зоряну систему Ета Кіля, на відстані близько св. р. ( пк) від Землі. Туманність розташована всередині набагато більшої туманності Кіля, великої зони H II з активним зореутворенням. Назва туманності походить від латинського слова «гомункул», що означає «маленька людина». Туманність складається з газу, який був викинутий з Ети Кіля під час Великого спалаху, який спостерігали на Землі з 1838 по 1845 рік, а в дійсності він стався приблизно за 7500 років до того. Туманність також містить пил, який поглинає значну частину світла від надзвичайно яскравої центральної зоряної системи та перевипромінює його в інфрачервоному діапазоні. Це найяскравіший об'єкт на небі в середньому інфрачервоному діапазоні довжин хвиль.

Усередині Гомункулуса знаходиться менший «Маленький Гомункул» (), а всередині нього — оболонка з матеріалу, утвореного зоряними вітрами, яку називають «Дитинчам Гомункула» ().

Історія спостережень

1914 року з'явилися повідомлення, що Ета Кіля має тьмяний супутник і не є зорею. Спостереження 1944 та 1945 років виявили дещо витягнуту туманність завширшки близько 5″ та завдовжки . Вимірювання швидкості її розширення показали, що вона узгоджується з версією про походження туманності внаслідок вибуху в середині XIX століття. На той час форма туманності мала центральне потовщення з одним великим виступом на північному заході та двома меншими відгалуженнями на південному сході, і її описали як «Гомункул». Інші спостереження того ж періоду згадували яскраво-помаранчеву центральну область у більшій та тьмянішій зеленій туманності. В одній зі статей її вигляд порівняли з «рудою бородою лопатою».

Форма

Туманність Гомункул складається з двох часток, які називають північно-західною (ПЗ) та південно-східною (ПС), зважаючи на їхню орієнтацію під час спостережень із Землі. Кожна з них має розміри приблизно завширшки та завдовжки. Існує також нерівна екваторіальна «спідниця» з речовини, яку можна ледь помітити на глибоких знімках на певних довжинах хвиль. Частки переважно порожнисті, а матерія сильно сконцентрована біля полюсів.

Екваторіальна спідниця, ймовірно, містить матерію того ж віку, що й частки, а також молодшу. Вона містить значно меншу масу речовини, ніж частки, і світиться переважно відбитим світлом, яке найлегше виривається назовні саме на екваторіальних широтах. Порівняно з частками, тут менше пилу та обмаль молекулярного водню.

Біполярна туманність розташована під таким кутом, що ПЗ частка перебуває далі від Землі, ніж ПС. Уся туманність розширюється, тому спектр ПС частки зміщений у синій бік, а ПЗ частки — у червоний бік відносно центрального джерела. Частки містять більшу частину матерії туманності Гомункул у відносно тонких оболонках, зосереджених біля полюсів. Оболонки складаються з двох компонентів: внутрішньої теплої області та масивнішої зовнішньої холодної «шкірки». Ці оболонки гладенькі й тонкі, що свідчить про їхній викид усього за п'ять років, проте всередині них можна помітити смуги густішого пилу.

Кожна частка має полярну «діру», хоча достеменно невідомо, чи це справжній розрив в оболонці частки, чи лише глибока западина. Навколо кожної полярної діри проходить «рів». Ці рови виглядають як напівкола, центровані на осі часток, але можуть утворювати й повні кола. На частках є й інші менші нерегулярні заглиблення та виступи; вони симетричні, і ті самі утворення з'являються на кожній із часток. Серед них — сплющені виступи приблизно на 10° широти, по одному на кожній частці (позначені як «Protrusions» на ілюстрованій моделі), та інші дрібніші виступи біля екваторіальної спідниці.

Масу туманності неможливо визначити безпосередньо. Проте кількість пилу можна виміряти досить точно, а оцінки співвідношення газу та пилу дозволяють обчислити загальну масу. Загальну масу пилу оцінюють у , що дає підстави припускати наявність до газу в самому Гомункулі. Майже стільки ж матерії виявлено у зовнішніх викидах, які утворилися раніше, але в межах останньої тисячі років. Попередні розрахунки давали консенсусні оцінки на рівні .

Згустки Вайгельта Рання спекл-інтерферометрія показала, що центральна область Гомункула містить чотири точкоподібні джерела, які спочатку позначили як A1, A2, A3 та A4. Згодом ці чотири спекл-об'єкти перейменували на A, B, C та D. Дослідження з вищою роздільною здатністю продемонстрували, що лише найяскравіше джерело А є справжньою зорею, а інші три — невеликими туманними згущеннями. Три згустки Вайгельта () видимі переважно у світлі, яке безпосередньо відбивається від зір Ети Кіля. Вважається, що ці згустки лежать поблизу екваторіальної площини зоряної системи, але їхнє походження залишається нез'ясованим. Їхню швидкість виміряли, але з огляду на похибки, вони могли бути викинуті під час спалаху 1890 року або ж події 1941 року. Ситуація ускладнюється ще й імовірним прискоренням їхнього повільного руху через інтенсивні зоряні вітри.

Спектр

Спектр Гомункула складний і складається з відбитого, теплового та емісійного компонентів на довжинах хвиль у всьому електромагнітному спектрі. Домінантною ознакою є теплове випромінювання (абсолютно чорного тіла) від пилу, який нагрівають зорі всередині. На нього накладається частина світла від самих зір, відбитого переважно від щільних утворень усередині туманності, що дає сильні емісійні спектральні лінії у видимому та ультрафіолетовому діапазонах. Також наявні емісійні лінії іонізованого газу в місцях, де він стикається з повільнішим матеріалом або збуджується високоенергетичним електромагнітним випромінюванням від зір. Іонізаційне випромінювання нагадує випромінювання планетарної туманності, але має нижчий рівень іонізації через нижчі температури центральних зір. Найсильнішими є лінії [Fe II] та [N II], схожі на лінії зоряних вітрів самих зір, але з вужчими профілями.

Ударні хвилі на зовнішньому краї викинутої речовини нагріваються до мільйонів кельвінів і випромінюють рентгенівські промені. Частки Гомункула випромінюють багато радіохвиль, зокрема емісію в лінії водню 21 см.

Відбитий спектр часток Гомункула залежить від положення, оскільки центральна зоря випромінює різну радіацію на різних широтах своєї поверхні. Це єдина зоря, для якої можна спостерігати такий ефект.

Формування

Гомункул утворився внаслідок потужного викиду з Ети Кіля. Світло від цієї події досягло Землі 1841 року, коли Ета Кіля ненадовго стала другою за яскравістю зорею на небі після Сіріуса; відтоді викинуті газ і пил перекрили значну частину її світла. Цей вибух, подібний до наднової, утворив дві полярні частки та великий, але тонкий екваторіальний диск, які розлітаються назовні зі швидкістю до .

Туманність Гомункул — це майже унікальна структура, і вважається, що причиною цього є її вкрай молодий вік. Це означає, що її форма та структура зумовлені майже виключно початковим викидом, а не взаємодією з навколишнім міжзоряним середовищем. Припущення про те, що перешийок між двома частками утворився внаслідок «стиснення» щільною навколишньою матерією, були спростовані, і нині вважається, що біполярні оболонки виникли через концентровані полярні витоки матерії, тоді як екваторіальна спідниця утворилася шляхом прориву швидшої викинутої речовини крізь найтонші ділянки оболонок. Викид матерії переважно вздовж осі обертання зір або орбіти подвійної системи може бути пов'язаний з обертанням самої Ети Кіля А, що призводить до інтенсивнішої втрати маси ближче до полюсів.

Невелика товщина біполярних оболонок свідчить про те, що їхній викид відбувся приблизно за п'ять років. Припускають, що нерівності в інакше дуже гладкій структурі оболонок є наслідком взаємодії між вітрами двох центральних зір та їхнього орбітального руху.

Аналіз розширення туманності дозволив встановити час її утворення — рік 1847,1 ± 0,8. Ця дата не збігається з піками яскравості та з оцінками часу проходження вторинної зорі через періастр.

Відстань

Вважається, що Гомункул та Ета Кіля розташовані приблизно на тій самій відстані, що й Трюмплер 16 і туманність Кіля, однак відстані до цих об'єктів невідомі з високою точністю. Натомість відстань до самої туманності Гомункул можна обчислити за допомогою вимірювань її розширення. Швидкість певних ділянок усередині тонкої оболонки часток Гомункула можна виміряти за допомогою доплерівського зміщення спектральних ліній у цій точці, за умови, що частки симетричні. У спектрі помітні два різні доплерівські зміщення: одне — для прямих емісійних ліній, а інше — для відбитих ліній від Ети Кіля А. Доплерівське зміщення прямої лінії дає швидкість розширення оболонки, спроєктовану на промінь зору. Якщо припустити, що вона утворилася під час Великого спалаху Ети Кіля і має сталу швидкість розширення, це дозволяє визначити лінійну відстань оболонки від центральної зорі, спроєктовану вздовж променя зору. Різниця між швидкістю доплерівського зміщення відбитої лінії та швидкістю прямої лінії дає відстань оболонки від центральної зорі (знову ж таки, припускаючи розширення зі сталою швидкістю від часу Великого спалаху).

Спостереження спектра Гомункула на певній кутовій відстані від центральної зорі дозволили визначити фактичну лінійну відстань цієї точки від центральної зорі, що дає змогу визначити загальну відстань до об'єкта. Значення, отримані за допомогою цього методу, становлять близько з похибкою близько .

Ті ж розрахунки дозволяють визначити й нахил осі Гомункула відносно променя зору. Вона становить 41°, або 49° відносно площини неба, що означає, що туманність повернута до нас радше «торцем», аніж «боком».

Примітки

Посилання

3D Homunculus Nebula, Astronomy Picture of the Day, 17 липня 2014 року Expanding Homunculus Nebula, Astronomy Picture of the Day (анімований GIF) Little Homunculus and Butterfly Nebula