О физике процессов в сверхновых и формировании некоторых типов планетарных туманностей

О физике процессов в сверхновых и формировании некоторых типов планетарных туманностей

Новоселов Ю.И.

В современной астрономии значительный интерес вызывает класс объектов — планетарные туманности. Причиной тому служат причудливость и разнообразие форм, загадочные спектральные характеристики и другие параметры, указывающие на сложность процессов, протекающих при их образовании.

Вполне естественным является стремление исследователей понять природу этих процессов, разработать модели, позволяющие объяснить наблюдаемые явления.

Данная статья предлагает такую модель, которая, по мнению автора, позволяет описать физику формирования некоторых наблюдаемых видов планетарных туманностей.

Итак, из чего формируются планетарные туманности?

По современным представлениям, планетарные туманности являются продуктами вспышек сверхновых звезд, что является закономерным этапом их эволюции.

На завершающем этапе жизненного цикла происходит коллапс звезды под воздействием гравитационных сил. Процессы, протекающие при этом определяют формирование облика образующегося объекта.

Анализ конфигурации некоторых планетарных туманностей, как, например, порожденная сверхновой 1987А, наводит на мысль о том, что определяющую роль в формировании их облика играет магнитное поле. Вид сверхновой 1987А приведен на рисунке 1.

Рис. 1. Вид сверхновой SN 1987A. Фото с ресурса Яндекс картинки.

Подобная конфигурация туманности могла быть сформирована магнитным полем объекта, представляющим собой совокупность двух соосных тороидальных противоположно направленных плазменных потоков, вид которых приведен на рисунке 2.

Такая система должна обладать стабильностью, обеспечивающейся балансом сил гравитации и электромагнитного взаимодействия. Силы гравитации стремятся сблизить торы, а силы электромагнитного взаимодействия расталкивают их, поскольку потоки плазмы противоположно направленны.

Частицы плазмы, излучаемые торами, двигаются по эквипотенциальным поверхностям магнитного поля, образуя формы, напоминающие песочные часы, как в случае сверхновой 1987А.

Рис. 2. Вид системы из двух противоположно вращающихся плазменных торов и их магнитного поля. Стрелками указаны направления движения частиц плазмы по эквипотенциальным поверхностям.

Поскольку эквипотенциальные поверхности магнитного поля системы из двух торов представляют собой слоистую структуру, то в некоторых случаях наблюдаются слои плазмы на изображениях планетарных туманностей, как, например у планетарной туманности М2-9 (Бабочка Минковского), приведенной на рисунке 3.

Рис. 3. Планетарная туманность М2-9 (Бабочка Минковского). Изображение с ресурса Яндекс картинки.

Кроме того, еще одним признаком определяющей роли магнитного поля является наличие характерной «пуповины» на противоположных сторонах плазменных образований. Этот признак обусловлен сходящимися к оси общей структуры, линиями магнитного поля на полюсах системы. Такой вид имеют туманности «Гомункул» и «Тухлое яйцо», вид которых приведен на рисунках 4, 5, 6. На изображении уже упомянутой туманности М2-9 «Бабочка Минковского» также угадываются «пуповины» на торцах плазменных колб.

Рис. 4. Планетарная туманность «Гомункул». Изображение с ресурса Яндекс картинки.

Рис. 5. Обработанное 3d изображение планетарной туманности «Гомункул». Изображение с ресурса Яндекс картинки.

Рис.6. Планетарная туманность «Тухлое яйцо». Изображение с ресурса Яндекс картинки.

В системе двух плазменных торов, когда баланс сил гравитации и сил электромагнитного взаимодействия склоняется к сближению торов и происходит касание их потоков, появляется возможность выходя плазмы в экваториальной плоскости симметрии системы, как показано горизонтальными стрелками на рисунке 2. При этом на изображениях планетарных туманностей могут наблюдать плоские плазменные выбросы в виде «испанского воротника». Такие выбросы в явном виде наблюдаются на изображениях вспышки сверхновой 1987А (рисунок 1), туманности «Гомункул» (рисунки 4, 5) и угадываются на изображении туманности «Тухлое яйцо» (рисунок 6).

Возникает закономерный вопрос о том, как происходит формирование системы из двух плазменных торов при гравитационном коллапсе звезды.

Важно иметь в виду, что коллапс сопровождается не простым однородным сжатием вещества, а формированием динамических структур, которое протекает под воздействием известных законов механики.

Структура вещества в звезде неоднородна, в ней присутствуют локальные потоки, сгустки и пр., о чем свидетельствует фото поверхности Солнца, приведенное на рисунке 7.

Рис. 7. Фото поверхности Солнца. Изображение с ресурса Яндекс картинки.

Поэтому можно рассматривать всю массу звезды, как совокупность отдельных объектов — неоднородностей. При гравитационном взаимодействии этих объектов кинетическая энергия их поступательного движения при сближении в общем случае переходит в энергию вращательного движения из-за возникающего момента вращения.

По закону сохранения импульса, тело, образующееся в результате слияния взаимодействующих тел, должно сохранить импульс образовавшегося вращательного движения. И самая подходящая форма тела для такого случая — известный маховик, т. е. тор.

Поэтому в объеме коллапсирующей звезды будут формироваться тороидальные плазменные структуры. При этом они будут взаимодействовать между собой. Процессы их взаимодействия будут обусловлены известными законами электродинамики и гравитации. Гравитационные силы будут стремиться к их слиянию, а воздействие электродинамических сил будет определяться направлением вращения плазмы во взаимодействующих тороидальных образованиях. При совпадении направления вращения взаимодействующие торы будут сливаться, а при разнонаправленном движении — отталкиваться согласно законам электродинамики. В завершении коллапса в результате взаимодействия плазменных торов весьма вероятным результатом этого процесса является система из двух соосных торов, вращающихся в противоположные стороны, вид которой приведен на рисунке 2.

Таким образом, при гравитационном коллапсе звезд могут образовываться структуры из двух соосных, противоположно вращающихся плазменных торов, магнитное поле которых формирует облик планетарных туманностей, являющихся результатом вспышек сверхновых.