Mgławica to kosmiczny obłok, w którym wykluwają się nowe gwiazdy. Skąd się bierze i jak ją obserwować?

W tym artykule:

1. Z czego zbudowana jest mgławica?
2. Jak z mgławic powstają gwiazdy?
3. Filary Stworzenia – najsłynniejsza mgławica
4. Skąd się bierze materia tworząca mgławicę?
5. Klasyfikacja mgławic
6. Obserwacje mgławic w starożytności
7. Historia obserwacji mgławic
8. Część mgławic okazała się być galaktykami

Na zdjęciach wykonanych przez teleskopy kosmiczne mgławice przyjmują bajeczne kształty i mienią się feerią barw. Zupełnie jak Mgławica Orzeł, której częścią są legendarne Filary Stworzenia, sfotografowane w 2005 i w 2014 roku przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST). A całkiem niedawno – przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST).

Te ikoniczne zdjęcia można znaleźć na milionach plakatów, koszulek, w tysiącach książek opowiadających o kosmosie. Trudno się temu dziwić. Obłoki gwiazdotwórcze to ogromne, rozciągające się na dziesiątki tysięcy lat świetlnych kuźnie kosmicznego życia

Z czego zbudowana jest mgławica?

Te kuźnie zbudowane są z pyłu i gazów – głównie z wodoru i helu. Pył i gazy w mgławicy są bardzo rozproszone, ale grawitacja powoli doprowadza do ich zagęszczenia. Im większe zagęszczenie, tym silniejsza staje się grawitacja. W końcu pył i gaz stają się tak gęste, że zapadają się pod wpływem własnej grawitacji. Kolaps sprawia, że materia w centrum obłoku się nagrzewa – a to gorące jądro staje się zaczątkiem nowej gwiazdy, czyli protogwiazdy.

Oto jeden z najdziwniejszych obiektów we wszechświecie: Mgławica Bumerang

Mgławica Bumerang jest najzimniejszym miejscem we wszechświecie jakie zaobserwowano.

Chociaż mgławice są gęstsze niż otaczająca je przestrzeń, są wciąż znacznie mniej gęste niż jakakolwiek próżnia wytworzona w środowisku ziemskim. W rzeczywistości obłok mgławicy podobnej wielkością do Ziemi miałby tylko tyle materii, że jego masa wynosiłaby zaledwie kilka kilogramów.

Jak z mgławic powstają gwiazdy?

Mgławice istnieją w przestrzeni międzygwiezdnej. Najbliższa Ziemi mgławica nazywana jest Mgławicą Helisa. Jest to pozostałość po umierającej gwieździe – być może podobnej do Słońca. Znajduje się około 700 lat świetlnych od Ziemi.

Gwiazdy powstają w wyniku nieustannego procesu kosmicznego recyklingu. Grawitacja kształtuje nowe gwiazdy z gazu i pyłu wyrzucanego przez stare gwiazdy. Po uformowaniu się masywne młode gwiazdy regulują powstawanie gwiazd o mniejszej masie za pomocą silnych wiatrów gwiezdnych. Wydmuchują gaz i pył z niektórych obszarów, a ściskają go w innych.

Gdy gwiazdy się formują, są ukryte w swoich „macierzystych” kokonach pyłu, którego światło widzialne nie może przeniknąć. Ale emitują światło podczerwone. Ono przechodzi przez obłoki pyłu i może być wykryte przez teleskopy pracujące w podczerwieni, jak wspomniany już JWST.

Filary Stworzenia – najsłynniejsza mgławica

Znajdująca się siedem tysięcy lat świetlnych od Ziemi Mgławica Orzeł ma rozmiary 70 na 55 lat świetlnych. Składa się z około 460 młodych gwiazd, których wiek szacowany jest na zaledwie 1–2 miliony lat. Są wśród nich obiekty o masie 3–8 mas Słońca, dopiero rozpoczynające swoją ewolucję.

Właśnie w niej utworzyły się trzy grube kolumny pyłu i gazu, w których formują się gwiazdy, znane nam jako Filary Stworzenia. Te wysokie na pięć lat świetlnych słupy zostały zerodowane przez wiatry gwiazdowe pochodzące z młodych, gorących gwiazd.

Hity z satelity. Co widział Hubble?

Zdjęcia kosmosu wykonane przez Teleskop Hubble’a zachwycają nas od ponad 27 lat. Teraz główny naukowiec kierujący urządzeniem wybiera z nich 10 jego zdaniem najlepszych niebiańskich wido...

Najnowsze zdjęcia Mgławicy Orzeł pochodzą z października 2022 roku. Jednak tak naprawdę oglądamy jej obraz z czasów, gdy w Mezopotamii powstawały pierwsze miasta i świątynie.

Skąd się bierze materia tworząca mgławicę?

Od pewnego czasu naukowcy i astronomowie zdają sobie sprawę, że przestrzeń kosmiczna nie jest tak naprawdę całkowitą próżnią. W rzeczywistości wypełniają ją cząstki gazu i pyłu, znane jako ośrodek międzygwiazdowy (ISM). Gaz międzygwiazdowy składa się częściowo z neutralnych atomów i cząsteczek, a także z naładowanych cząstek (zwanych plazmą), takich jak jony i elektrony.

Gaz ten jest niezwykle rozcieńczony, o średniej gęstości około 1 atomu na centymetr sześcienny. Dla porównania, atmosfera ziemska ma gęstość około 30 kwintylionów cząsteczek na centymetr sześcienny na poziomie morza.

Mimo że gaz międzygwiazdowy jest bardzo rozproszony, ilość materii sumuje się w ogromnych odległościach między gwiazdami. I ostatecznie, przy wystarczającym przyciąganiu grawitacyjnym między chmurami, materia ta może łączyć się i zapadać, tworząc gwiazdy i układy planetarne.

Klasyfikacja mgławic

Obiekty gwiezdne, określane jako mgławice, dzielą się na cztery główne klasy:

• mgławice rozproszone nie mające jasno określonych granic. Można je podzielić na dwie dalsze kategorie w zależności od ich zachowania w świetle widzialnym – mgławice emisyjne i mgławice refleksyjne. Mgławice rozproszone to najczęściej obserwowany typ mgławic;
  • mgławice emisyjne to te, które emitują promieniowanie linii widmowej ze zjonizowanego gazu. Są często nazywane obszarami HII, ponieważ w dużej mierze składają się ze zjonizowanego wodoru;
  • mgławice refleksyjne nie emitują znacznych ilości światła widzialnego. Jednak nadal świecą, ponieważ odbijają światło od pobliskich gwiazd;
• mgławice planetarne powstają z zewnętrznych warstw gwiazdy kończącej etap syntezy jądrowej. W centrum takiego obiektu odkrywane są zwykle białe karły, w które zamieniają się gwiazdy po utracie swej gazowej otoczki.

Istnieją również tak zwane ciemne mgławice. To nieprzezroczyste obłoki, które nie emitują promieniowania widzialnego i nie są oświetlane przez gwiazdy. Blokują jednak światło od świecących obiektów znajdujących się za nimi. Podobnie jak mgławice emisyjne i odbiciowe, ciemne mgławice są źródłem emisji w podczerwieni.

Niektóre mgławice powstają w wyniku wybuchów supernowych i dlatego są klasyfikowane jako mgławice pozostałości po supernowych. Eksplozja pozostawia po sobie „resztki”. To zwarty obiekt – gwiazda neutronowa – oraz obłok gazu i pyłu, który został zjonizowany przez energię eksplozji.

Jak umierają gwiazdy? Wyjaśniamy fenomen supernowej

Życie masywnej gwiazdy kończy wybuch supernowej. W jego wyniku powstawały pierwiastki cięższe od żelaza. To znaczy, że każdy z nas ma coś w sobie z gwiazdy supernowej.

Inne mgławice mogą powstawać jako mgławice planetarne. Są one związane z gwiazdami o małej masie, wchodzącymi w końcową fazę swojego życia. W tym scenariuszu gwiazdy wchodzą w fazę czerwonego olbrzyma, powoli tracąc swoje zewnętrzne warstwy. Kiedy gwiazda traci wystarczającą ilość materii, jej temperatura wzrasta, a emitowane przez nią promieniowanie UV jonizuje otaczającą ją wyrzuconą materię.

Obserwacje mgławic w starożytności

Wiele mgławicowych obiektów zostało zauważonych na nocnym niebie przez astronomów już w starożytności. Pierwsza opisana obserwacja miała miejsce w 150 roku n.e.. Ptolemeusz zauważył jasny obszar między gwiazdozbiorami Wielkiej Niedźwiedzicy i Lwa, który nie był związany z żadną obserwowalną gwiazdą. Swoje obserwacje zanotował w traktacie „Almagest”.

Natomiast perski astronom Abd al-Rahman al-Sufi dokonał pierwszej obserwacji rzeczywistej mgławicy. Według obserwacji al-Sufiego, „mała chmurka” była widoczna na części nocnego nieba, gdzie obecnie znajduje się Galaktyka Andromedy. Skatalogował także inne mgławicowe obiekty, takie jak Omicron Velorum i Gromada Brocchiego.

Na uwagę zasługuje też wydarzenie z 4 lipca 1054 roku. Wówczas supernowa, która utworzyła Mgławicę Krab (SN 1054), była obserwowana przez astronomów arabskich i chińskich.

Historia obserwacji mgławic

W XVII wieku ulepszenia teleskopów doprowadziły do pierwszych potwierdzonych obserwacji mgławic z użyciem sprzętu astronomicznego. Wszystko zaczęło się w 1610 roku. Wówczas francuski astronom Nicolas-Claude Fabri de Peiresc dokonał pierwszej zarejestrowanej obserwacji Mgławicy Oriona. W 1618 roku szwajcarski astronom Johann Baptist Cysat również obserwował mgławicę. W 1659 roku Christiaan Huygens przeprowadził pierwsze bardziej szczegółowe badania tego obiektu.

W 18 wieku liczba obserwowanych mgławic zaczęła rosnąć, a astronomowie zaczęli opracowywać listy. W 1715 roku Edmund Halley opublikował listę sześciu mgławic. Zawierała ona obiekty M11, M13, M22, M31, M42 i gromadę kulistą Omega Centauri (NGC 5139). Znalazły się one w dziele „An account of several nebulae or lucid spots like clouds, recently discovered among the fixt stars by the help of the telescope”.

W 1746 roku francuski astronom Jean-Philippe de Cheseaux sporządził listę 20 mgławic, w tym ośmiu wcześniej nieznanych. W 1781 roku Charles Messier skompilował swój katalog 103 „mgławic” (obecnie nazywanych obiektami Messiera). Potem okazało się, że niektóre z nich były galaktykami i kometami.

Liczba obserwowanych i skatalogowanych mgławic znacznie wzrosła dzięki wysiłkom astronomów-amatorów Williama Herschela i jego siostry Caroline. W 1786 roku wspólnie opublikowali swój „Catalogue of One Thousand New Nebulae and Clusters of Stars”. A następnie w 1786 i 1802 roku dwa kolejne tego typu katalogi. W tym czasie Herschel wierzył, że mgławice były jedynie nierozdzielonymi gromadami gwiazd. Zmienił opinię w 1790 roku, kiedy zaobserwował prawdziwą mgławicę otaczającą odległą gwiazdę.

Część mgławic okazała się być galaktykami

Począwszy od 1864 roku, angielski astronom William Huggins zaczął różnicować mgławice na podstawie ich widm. Około jedna trzecia z nich miała widmo emisyjne gazu (to mgławice emisyjne), podczas gdy reszta wykazywała ciągłe widmo, zgodne z masą gwiazd (mgławice planetarne).

Gigantyczne struktury we Wszechświecie obracają się, ale nikt nie wie dlaczego

Największe znane struktury we Wszechświecie, tak zwane włókna, obracają się – wynika z pomiarów. Jednak przyczyny tego zjawiska są nieznane.

W 1912 roku amerykański astronom Vesto Slipher dodał podkategorię mgławice odbicia po zaobserwowaniu, jak mgławica otaczająca gwiazdę pasuje do widma gromady otwartej Plejad. W 1922 roku, w ramach „Wielkiej Debaty” na temat natury mgławic spiralnych i rozmiarów Wszechświata, stało się jasne, że wiele z wcześniej obserwowanych mgławic było w rzeczywistości odległymi galaktykami spiralnymi.

W tym samym roku Edwin Hubble ogłosił, że prawie wszystkie mgławice są związane z gwiazdami, a ich oświetlenie pochodzi ze światła gwiazd. Od tego czasu liczba prawdziwych mgławic (w przeciwieństwie do gromad gwiazd i odległych galaktyk) znacznie wzrosła. Ich klasyfikacja została udoskonalona dzięki ulepszeniom sprzętu obserwacyjnego i spektroskopii.

Mgławice są nie tylko punktami początkowymi ewolucji gwiazd, ale mogą być również punktem końcowym. A pomiędzy wszystkimi systemami gwiezdnymi, które wypełniają naszą Galaktykę i nasz Wszechświat, z pewnością zostaną znalezione mgliste obłoki i masy, które tylko czekają, aby dać początek generacji gwiazd.

1 z 4

Mgławica po gwieździe Keplera, NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair

Mgławica po gwieździe Keplera, NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair

2 z 4

Mgławica Kraba, czyli niebo przez lornetkę. Poznaj jeden z najbardziej majestatycznych obiektów na nocnym niebie (fot. Heritage Space/Heritage Images/Getty Images)

Mgławica Kraba, czyli niebo przez lornetkę. Poznaj jeden z najbardziej majestatycznych obiektów na nocnym niebie (fot. Heritage Space/Heritage Images/Getty Images)

3 z 4

Mgławica Carina

4 z 4

Wielka Mgławica w Orionie

Wielka Mgławica w Orionie