М57
Туманность Кольцо
Степень сложности: 3(5)
Минимальная апертура: 50 мм.
Обозначение: NGC 6720
Тип: Планетарная туманность
Класс: IV
Расстояние: 2300 с.л.(1997)
Размер: 0.9 с.л.
Созвездие: Лира
Прямое восхождение: 18h 53.6min
Склонение: +33° 2'
Звёздная величина: 8,8
Поверхностная яркость: -
Видимый диаметр: 86”х62”
Первооткрыватель: Даркье, 1779
История
Туманность Кольцо в Лире была лишь второй планетной туманностью, которую удалось обнаружить. Комментарий к М57, данный его первооткрывателем Антуаном Даркье де Пелепуа, привел к наименованию этого класса объектов. В январе 1779 года он писал: «Она очень тусклая, но идеально очерченная, размером с Юпитер и похожа на угасающую планету». Вскоре Шарль Мессье узнал о наблюдениях Даркье и сам стал искать эту туманность. Его запись от 31 января 1779 года гласит: «Кажется, что эта круглая масса света состоит из очень слабых звёзд. Даже с лучшими телескопами их невозможно рассмотреть, есть только подозрение, что они есть». Наблюдая сегодня с помощью небольшого телескопа, мы можем легко согласиться с описанием Даркье, хотя впечатление Мессье безусловно нас удивит. Однако, не имея никакого представления об истинной, газообразной природе M57, исторические наблюдатели пытались разрешить её на отдельные звёзды вплоть до конца девятнадцатого века.
Великий наблюдатель Уильям Гершель заметил: «Среди небесных диковин следует выделить эту туманность, которая имеет в середине правильное, концентрическое, тёмное пятно и вероятно, представляет собой кольцо из звёзд. Она имеет овальную форму, причем более короткая ось соответствует более длинной как примерно 83 к 100. Свет имеет отчётливый вид, на северной стороне можно заметить три очень слабые звезды, а также одну или две в южной части. Края более длинной оси кажутся менее яркими и не столь четко очерченными, как остальные». Таким образом, даже Гершель поддался ошибочному впечатлению, что M57 состоит из звёзд.
Богатый немецкий астроном-любитель Фридрих фон Хан построил обсерваторию рядом со своим замком в Ремплине (на севере Германии) и использовал 450-миллиметровое зеркало, сделанное Гершелем. В 1803 году он сообщил: «Несколько лет назад внутренняя часть кольца была настолько прозрачной, что в его середине я смог разглядеть небольшую телескопическую звезду. Теперь там появились слабые, тонкие облака и маленькая звезда больше не видна». С этим первым упоминанием центральной звезды в М57 родился миф о её переменности.
Иоганн Иероним Шрётер, еще один немецкий покупатель прекрасных больших зеркал Гершеля в то время, был фактически первым, кто упомянул туманность внутри яркого кольца M57, он очень точно описал её как «подобная небу в свете Луны». Позднее, в 1830 году, Джон Гершель подтвердил это наблюдение и заметил: «Края выглядят изогнутыми и спутанными, как звёзды не в фокусе. Внутри не совсем темная. Она наполнена слабым, но довольно заметным туманным светом, я не помню, чтобы его заметили предыдущие наблюдатели».
Лорд Росс увидел замечательную деталь в своем гигантском телескопе в 1844 году: «Нити, исходящие от края, становятся более заметными при увеличении в определенных пределах, что поразительно характерно для скопления». В 1850 году, после очередного наблюдения Туманности Кольцо, он написал: «В нем есть довольно яркая звезда, к юго-востоку от центра, и еще очень маленькие звёзды. В кольце, особенно на внешней стороне малой оси, есть несколько маленьких звёзд, но все еще много туманности, которую нельзя увидеть как отдельные звёзды». Кроме того, он заметил «пряди и облачка внутри, ровность снаружи прерывается расходящимися отростками, видимыми лучше всего вокруг малой оси».
Ряд наблюдателей девятнадцатого века сообщили о том, что туманность распадается на слабые звёзды. Последним ярким примером был Анджело Секки, который думал, что видел «кольцо звёзд, сверкающих, как алмазная пыль». Мы можем с сегодняшней точки зрения, объяснить некоторые из этих утверждений основываясь на истинной тонкой структуре туманности. Только первые спектроскопические наблюдения Уильяма Хаггинса в конце концов убедили визуальных наблюдателей, что М57 это газовое кольцо.
Таким образом, подробное описание М57 сделанное Холденом с помощью 650-миллиметрового рефрактора в 1875 году, гласит: «Северный край малой оси очень хорошо определён, около северного конца малой оси имеется яркое пятно. Иногда видна звезда внутри кольца. Во внутренней части видны блестящие пятна. Туманные нити ветвятся от южного конца малой оси, они могут простираться до 30", очень слабые. Можно видеть два более ярких пятна на севере, предшествующих (северо-западной) и на юге, следующих за (юго-восточной) частью кольца, вероятно, существует третье пятно на юге, предшествующее (юго-западной) части».
В 1861 году Д'Арре сообщил о другой слабой звезде рядом с центральной звездой. Четыре года спустя Г. Шульц описал пять звезд внутри кольца, поздние наблюдатели - до одиннадцати, но ни одна из этих дополнительных звезд не является реальной. Надежное визуальное наблюдение было сделано великим Эдвардом Эмерсоном Барнардом в 1894 году с апертурой 1 метр, он увидел только «Компаньон 17-й величины, в 8,5" к северо-западу от центральной звезды внутри туманности».
В 1937 году на фотографии с длительной экспозицией Дункан обнаружил слабый внешний ореол M57. "Отростки", замеченные лордом Россом на внешней стороне кольца, на самом деле принадлежат внутренней, более яркой части этого ореола.
Астрофизика
M57, возможно, самая популярная планетарная туманность. Яркое центральное кольцо имеет размеры 86” на 62”. Оно окружен слабым внутренним ореолом размером около 156" на 136" и очень слабым внешним ореолом диаметром примерно 3,8'. Поверхностные яркости этих трех морфологических компонентов образуют соотношение 5000:5:1. Ранние исследования давали большие расстояния для M57, до 4100 световых лет (Кудворт, 1974). С другой стороны, 1000 световых лет было предложено Квоком (2000). Но Харрис и его коллеги (1997) получили улучшенный геометрический параллакс центральной звезды и рассчитали достоверное расстояние в 2300 световых лет. Из этого следует, что физический размер кольца составляет 0,9 светового года, в то время как внешний ореол имеет диаметр 2,5 светового года.
Более ранние модели М57 описывали его внешний вид в пространстве в виде биполярного цилиндра, более плотного в середине, который мы видим вдоль его длинной оси. Кольцо М57 - это просто проекция туманного объекта, который, если смотреть со стороны, напоминает туманность Гантель М27. В 1994 году Брайс, Бэлик и Мейберн опубликовали более точную модель, в которой основное тело туманности М57 имеет вид не цилиндра, а эллипсоидальную форму с открытыми полюсами и углом наклона в 45°. Даже эта самая плотная часть M57, согласно лабораторным стандартам, имеет очень низкую плотность газа. Окружающий внутренний ореол был бы с двумя полюсами и наклоненным на 30°, встроенным в сферическое внешнее гало. Герреро и его коллеги усовершенствовали эту модель в 1997 году для внутреннего гало, которое они описывают как просто возбужденную ультрафиолетовым излучением внутреннюю область одного внешнего ореола, которая формируется биполярным выходом УФ-фотонов из полярных отверстий внутренней туманности.
В 2000 году японские астрономы измерили нитевидные узлы во внутреннем и внешнем ореолах. Они обнаружили типичные размеры от 1,2" до 3,2", из которых они определили продолжительность существования от 400 до 1200 лет для этих хрупких структур. Они представляют собой пузыри, образованные горячим и быстрым ветром от центральной звезды, где он сталкивается с медленно расширяющимся газом гало. Последний представляет собой оболочку холодного ветра, которая разгонялась всего лишь от 10 до 15 км/с около 20 000 лет назад, когда звезда была ещё красным гигантом. Центральная эллипсоидальная часть M57, которая представляется нам в виде кольца, расширяется со скоростью 50 км/с и выталкивается изнутри наружу горячим звёздным ветром. Его расширение эквивалентно примерно 1" в столетие. Это устанавливает нижний предел возраста M57 около 10 000 лет. Вероятно она старше планетарных туманностей М27 и М97.
Центральная звезда очень горячая и компактная. Это горячее ядро бывшего красного гиганта. Она имеет около одной солнечной светимости, с температурой от 100 000 до 120 000 К и в основном излучает в ультрафиолетовом спектре. На самом деле, цветные фотографии хорошо показывают последовательно уменьшающуюся степень ионизации окружающего газа: сине-фиолетовую в центре, зелёную (OIII) вдоль внутренней стороны кольца и красную (Hα) самого кольца M57.
Наблюдения
М57 можно увидеть в бинокль 10×50, но оно представляет собой слабую звёздочку. В небольшие телескопы, с малым увеличением, M57 выглядит как не резкая звезда.
Увеличение примерно в 100х покажет его знаменитый вид, похожий на кольцо дыма. Даже под освещенным Луной городским небом, 60-миллиметровый рефрактор способен на это. Однако кольцо кажется довольно круглым, восприятие овальной формы улучшается на фоне более тёмного неба. Это происходит потому, что слабые концы на главной оси этой туманности теряются на ярком фоне. Это происходит потому, что слабые концы на главной оси этой туманности теряются в ярком фоне.
120-миллиметровый рефрактор с большим увеличением, демонстрирует яркое овальное кольцо с коэффициентом удлинения 1:1.26 с позиционным углом в 60°. В 1' южнее от центра туманности, за пределами кольца, находится отчетливая звезда 12-й звёздной величины. Яркие части туманности образованы более тонкими сторонами кольца на малой оси, в то время как более широкая части вдоль главной оси, видны тусклее. К северо-западу и юго-востоку от центра яркость кольца кажется несколько неравномерной, но никакой отчетливой структуры не видно. Наблюдая с малым увеличением, туманный диск кажется бледно-голубоватым.
Используя хороший 350 мм. телескоп, можно рассмотреть центральную звезду, но она требует отличного неба и большого увеличения, примерно в 500 крат. На западе от туманности расположена звезда 14-й звёздной величины. Северная сторона M57, кажется самой яркой. Эта слегка пятнистая структура тянется западнее, где распадается. Следовательно, западный конец имеет сходство с «ушами» М27. Южная часть кольца не так ярко освещена, как северная, но очень хорошо видна на его восточном краю. Здесь проявляется внешний край, который создает впечатление спиральной структуры. Небольшие расширения, подобные пламени по периметру кольца, можно увидеть на севере и более отчетливо, на юге. Также на юге видна небольшая выпуклость. Внутренняя часть кольца наполнена однородным светом. Общий размер кольца равен 90"×62", с шириной 12" на малой оси и 25" на главной оси.
С классическими, чувствительными к синему фотоплёнками, М57 слабее (9,7 m.), чем визуально (8,8 m.), а голубоватая центральная часть увеличена до 60” диска. Напротив, красное изображение (которое включает Hβ) подчеркивает кольцо до 90" и демонстрирует его тёмным внутри. Однако любое визуальное восприятие его цветов, красного и синего, требует действительно больших апертур. Есть сообщения о наблюдении цвета туманности с 625-750-миллиметровыми телескопами.
Современные визуальные наблюдатели не сообщают о каких-либо наблюдениях клочков туманности лорда Росса во внутренней части кольца. То же самое относится к фотографически зафиксированному 170" ореолу и его 216" окраинам. Его чрезвычайно низкая поверхностная яркость около 16 величины на квадратную минуту дуги, в отличие от 9,5 mag/arcmin2 самого кольца, потребовала бы самой темной из ясных ночей на большой высоте.
Видимость центральной звезды (15,8 m. по данным Харриса и др.) уже 200 лет является предметом споров. Это сильно зависит от качества изображения, так как размер её диска должен быть достаточно мал, чтобы достичь поверхностной яркости выше, чем у окружающего туманного фона. Требуется по крайней мере 300 мм., а еще лучше 400 мм. апертуры и увеличение более 400х. Чтобы иметь возможность обнаружить центральную звезду, наблюдатель должен различать слабые звезды около 16,5 m. за пределами М57. О наблюдениях второй звезды внутри кольца сообщают любители с 500 и 625-миллиметровыми телескопами. Есть ещё две звезды перед ярким кольцом на юго-востоке М57, однако, до сих пор о их наблюдении не упоминалось. На фотографиях с большими выдержками видны многочисленные слабые звезды примерно 20-й звёздной величины.
Безусловно, самая яркая и самая известная галактика вблизи кольцевой туманности - это спиральная галактика с небольшим баром IC 1296 (14,8 m.) в 5' к северо-западу от M57. Кратная звезда 1.2' к северу от центральной звезды известна фотографам как хороший тест качества изображения.
1. M57. Туманность расширяется со скоростью около 1” в столетие. Космический телескоп имени Хаббла.
2. М57. Туманность Кольцо. Стефан Бинньювис, Жозеф Пёпсел.
3. М57. Туманность Кольцо рассматривается в качестве учебного примера планетарной туманности. Стефан Бинньювис, Жозеф Пёпсел.
