В далеком космосе, примерно в 5 000 световых лет от нас находится удивительно красивый и весьма ценный для науки астрономический объект — туманность NGC 6334. Благодаря своей необычной форме, на снимках похожей на след животного, туманность получила забавное неофициальное название — «Кошачья лапа». Между тем под этим милым прозвищем скрывается гигантский бурлящий котел, где под воздействием гравитации рождаются тысячи новых звезд. Из этой статьи вы узнаете о главных свойствах NGC 6334, особенностях ее звездообразования, а также некоторые увлекательные факты о туманности Кошачьей лапы.
Расположение и основные характеристики туманности Кошачьей лапы
Туманность Кошачьей лапы находится в Южном небесном полушарии, в созвездии Скорпиона. Она удалена от Земли на расстояние от 4 000 до 5 500 световых лет. Такие значительные расхождения в оценках астрономов возникают из-за сложностей в измерении столь удаленных объектов, расположенных в плоскости диска нашей галактики Млечный Путь. Кроме того, погрешность вызвана окружающими туманность скоплениями межзвездной пыли, поглощающей и рассеивающей свет. В любом случае, свет NGC 6334, который видят современные астрономы, покинул туманность не позже того времени, когда человечество вступало в бронзовый век и еще только осваивало письменность.
Туманность занимает область пространства, диаметр которой приблизительно равен 50 световым годам. С учетом того, что NGC 6334 находится относительно близко к центру галактики, где плотность распределения звезд возрастает, внутри нее могут свободно двигаться по своим орбитам тысячи или даже десятки тысяч звезд. Если представить, что вся наша Солнечная система соответствует размеру 2-рублевой монетки, туманность Кошачьей лапы в таком же масштабе заняла бы пространство небольшой деревни или городского квартала.
Состав туманности Кошачьей лапы
NGC 6334 относится к типу эмиссионных туманностей. Это означает, что она может самостоятельно излучать свет в различных диапазонах благодаря большому количеству составляющего ее водорода. Молодые горячие звезды испускают мощное ультрафиолетовое излучение, выбивая электроны из нейтральных атомов водорода и превращая их в положительно заряженные частицы — ионы. Свободно летающие электроны рано или поздно захватываются ионами водорода, что сопровождается испусканием фотонов — частиц и одновременно волн света.
Вторым по распространенности элементом в туманности Кошачьей лапы является гелий — важнейший компонент процессов как образования, так и жизни звезд.
Кроме того, в ней находится большое количество космической пыли, представленной мельчайшими частицами углеродных и кремниевых соединений, а также водяного льда. Незначительные доли процента в составе туманности составляют кислород, азот и сера.
Строение туманности: почему она получила название «Кошачья лапа»
Название «Кошачья лапа» или менее распространенный, но также используемый вариант «Медвежья лапа» туманность получила благодаря своему уникальному визуальному облику. Особенно хорошо сходство с подушечками на лапах животного заметно на астроснимках, сделанных мощными космическими телескопами. Давайте подробнее рассмотрим строение туманности и выясним, что представляют собой ее отдельные элементы.
- Области H II — те самые светящиеся облака ионизированного водорода, которые напоминают подушечки. Туманность имеет 5 основных, хорошо различимых областей свечения, внутри которых находятся огромные скопления зарождающихся или недавно родившихся звезд.
- Сгустки космической пыли — внутри светящихся узлов и между ними находятся пылевые структуры, поглощающие и рассеивающие излучение. Иногда их называют «коготками лапы» из-за создания визуально похожих на коготки контрастных линий. Сгустки пыли скрывают многие процессы звездообразования, делая их невидимыми для оптических телескопов.
Как была открыта туманность Кошачьей лапы
Туманность Кошачьей лапы открыл британский астроном Джон Гершель — сын Уильяма Гершеля, первооткрывателя планеты Уран. В 1837 году он находился в длительной экспедиции на мысе Доброй Надежды в Капской колонии (прим. ред. современное название — Южно-Африканская республика). Составляя подробный звездный каталог южного неба, в одну из ясных июньских ночей он обнаружил тусклый объект, который описал как «туманное пятно неправильной формы».
Гершель внес туманность в каталог под названием h 3687, а спустя 50 лет она получила свое современное обозначение — NGC (прим. ред.: New general catalogue — Новый общий каталог) под порядковым номером 6334. Конечно, ни Гершель, ни другие астрономы его времени не могли увидеть красочной структуры туманности. Это стало возможным ближе к концу XX века с запуском космических телескопов, способных снимать с длинной выдержкой или в инфракрасном диапазоне. У названия «Кошачья лапа» нет какого-либо единственного автора, скорее его можно обозначить как пример народной астрономической номенклатуры.
Туманность Кошачьей лапы в разных спектрах — видимый, инфракрасный, рентгеновский диапазон
Туманность Кошачьей лапы выглядит совершенно по-разному, в зависимости от того, в какой части электромагнитного спектра ведется наблюдение. Основной причиной этих различий является уже упомянутая нами космическая пыль, которая очень мешает астрономам, стремящимся изучать объекты в центре Млечного Пути. Давайте разберемся, какой предстает туманность NGC 6334 при изучении в разных диапазонах спектра.
- Видимый свет. В том свете, который различим человеческим глазом и оптическими телескопами с волнами длиной от 380 до 750 нм, туманность выглядит как огненно-красный объект. При этом наблюдателям доступны только наиболее яркие внешние части Кошачьей лапы, тогда как области активного звездообразования скрыты пылевой завесой.
- Инфракрасный свет. Излучение небольшого участка спектра с более длинными волнами, нежели чем в оптической части, — от 750 нм до 1 мм, — проникает сквозь газопылевые облака и позволяет изучить внутреннюю структуру туманности в трех измерениях. При этом инфракрасные снимки окрашиваются в условные цвета. Например, красным цветом обозначаются холодные молекулярные сгустки, а голубым — горячие области, где звезды вспыхивают наиболее интенсивно.
- Рентгеновское излучение. Очень короткие волны, охватывающие диапазон от 0,005 до 10 нм, дают информацию о высокоэнергетических процессах, происходящих внутри туманности. Звездный ветер — мощный поток заряженных частиц, исходящий от массивных звезд, — достигает межзвездного газа и пыли и создает ударные волны. Такие ударные волны, разогревающие газ до состояния плазмы, были обнаружены и в туманности Кошачьей лапы.
Процессы звездообразования в туманности Кошачьей лапы
Туманность Кошачьей лапы — это обширная звездная колыбель, одна из наиболее активных во всей нашей галактике. Процессы звездообразования в ней происходят по универсальным законам. Внутри NGC 6334 гигантские скопления холодного газа и пыли начинают сжиматься и уплотняться под действием собственной силы гравитации. В результате гравитационного коллапса в центре облака образуется горячая область повышенной плотности — протозвезда. Процесс продолжается до тех пор, пока показатели температуры и плотности не достигают критических значений — порядка 10 млн °C и 100 г/см3 — после чего в недрах начинается термоядерный синтез и рождается новая звезда.
Звездообразование в туманности Кошачьей лапы имеет несколько интересных отличительных особенностей.
- Активный «бэби-бум». Звезды в NGC 6334 рождаются чаще, чем в большинстве открытых эмиссионных туманностях. В ней содержится так много материала, что этого количества хватило бы для создания 200 000 звезд солнечной массы. При этом процесс звездообразования напоминает эффект домино. Ультрафиолетовые лучи и звездный ветер молодых звезд уплотняют соседние газопылевые облака, провоцируя новые гравитационные коллапсы.
- Формирование массивных звезд. Изначально высокая плотность туманности и колоссальное количество вещества в ней способствуют формированию самых массивных звезд — сверхгигантов. По своей массе они превосходят Солнце в 30 или даже 40 раз, однако имеют более короткий жизненный цикл — около 20 млн лет против 10 млрд лет у Солнца.
- Кластерное звездообразование. Звезды в туманности Кошачьей лапы чаще формируются не поодиночке, а целыми скоплениями. Это связано с тем, что в ходе гравитационного коллапса гигантские межзвездные облака распадаются на множество отдельных фрагментов, в каждом из которых продолжается процесс звездообразования. В результате расстояние между звездами может быть в тысячу раз меньше, чем в той области галактики, в которой находимся мы с вами. Если на одной из гипотетических планет такой звезды наблюдатель посмотрит на ночное небо, оно будет светлым, как будто днем.
Исследования туманности Кошачьей лапы с помощью космических телескопов
Безусловно, больше всего полезной информации о туманности NGC 6334 предоставляют данные с космических телескопов. Это мощные инструменты, способные работать круглосуточно, так как на них не влияют ни время суток, ни облачность, ни световое загрязнение ночного неба. С помощью космических телескопов, делающих снимки в разных частях спектра, ученые смогли увидеть туманность Кошачьей лапы с невероятной детализацией. Мы с вами поговорим об открытиях, сделанных посредством 4 телескопов.
- «Хаббл» — запущен в 1990 году. Работая преимущественно в видимом и ультрафиолетовом диапазонах, «Хаббл» столкнулся с ограничениями, о которых мы упоминали ранее. Однако именно этот телескоп первым отобразил структуру туманности с областями ионизированного водорода, контрастными пылевыми полосами и следами звездных ветров, выбрасывающих газ.
- «Чандра» — запущена в 1999 году. Рентгеновская космическая обсерватория «Чандра» не предоставила столь же подробных снимков, как «Хаббл». Но она помогла ученым выявить источники сверхгорячего газа, идентифицировать самые молодые и, напротив, наиболее старые звезды, взрывающиеся сверхновыми.
- «Спитцер» — запущен в 2003 году. Работа инфракрасного телескопа «Спитцер» стала самым настоящим прорывом в изучении туманности NGC 6334. За сгустками пыли ему удалось «увидеть» тысячи протозвезд с аккреционными дисками — колыбелями планет. Вероятнее всего, именно после красочных снимков «Спитцера» туманность стали называть Кошачьей лапой.
- «Джеймс Уэбб» — запущен в 2021 году. Будучи самой мощной и технически оснащенной космической инфракрасной обсерваторией мира, «Джеймс Уэбб» помог продолжить и углубить исследования «Спитцера». Полученные с телескопа данные позволили обнаружить тонкие нити областей звездообразования и составить трехмерную карту газовых структур, сформированных излучением звезд. В честь окончания третьего года эксплуатации «Джеймса Уэбба» в июле 2025 года был опубликован самый детализированный снимок туманности Кошачьей лапы, на котором видны сразу несколько неизвестных ранее очагов звездообразования.
Наблюдение туманности Кошачьей лапы с Земли
Самостоятельное наблюдение туманности Кошачьей лапы — задача очень сложная, но все же выполнимая. Одним из главных факторов является географическое расположение наблюдателя. Объект можно увидеть, находясь в Южном полушарии или хотя бы вблизи экватора. Даже в самых южных широтах России NGC 6334 едва поднимается над горизонтом или не всходит вообще.
Кроме того, очень важно позаботиться об отсутствии городской засветки, выбрав место подальше от населенных пунктов. Лучше всего искать туманность во время новолуния, так как даже тонкий месяц может полностью засветить ее. Для определения точных координат на небе помогут специальные приложения с картами звездного неба или встроенные системы наведения телескопов.
Ну и, конечно, необходимо вооружиться мощным телескопом с апертурой не менее 100–150 мм. Значительная часть любительских телескопов среднего уровня удовлетворяет этому требованию. Также стоит объективно соотносить свои ожидания с реальностью. Даже в технологически продвинутый дорогой телескоп получится увидеть лишь расплывчатое пятнышко.
Значение туманности Кошачьей лапы для изучения эволюции звезд
Туманность Кошачьей лапы переживает интенсивную вспышку звездообразования, что позволяет ученым в реальном времени сравнивать разные стадии звездной эволюции — от сжимающихся протоядер до молодых горячих звезд и вспыхнувших сверхновых. Благодаря относительной близости туманности к Земле эволюционные процессы можно изучать с беспрецедентной детализацией. NGC 6334 наглядно демонстрирует принципы последовательного звездообразования, с которыми мы познакомились ранее.
Интересные факты о туманности Кошачьей лапы
- Если бы мы могли долететь до туманности NGC 6334 и рассмотреть ее с разных сторон, то не увидели бы ничего похожего на кошачью лапу. Дело в том, что на снимках мы видим лишь двухмерную проекцию астрономического объекта, тогда как светящиеся области находятся на разном расстоянии от Земли и простираются в глубины космоса. Этот визуальный эффект можно сравнить с расположением звезд в созвездиях, которые бывают невероятно далеки друг от друга, но в проекции кажутся расположенными в одной плоскости.
- Большую часть знаний о туманности Кошачьей лапы удалось получить с помощью космических телескопов, однако и наземные наблюдения помогли сделать одно очень важное открытие. В 2018 году с помощью комплекса радиотелескопов ALMA, расположенного в чилийской пустыне Атакама, ученые сделали подробный спектральный анализ туманности и нашли в ней органические молекулы: гликольальдегид и несколько амидов. Подобные соединения являются «строительными кирпичиками» жизни, которая вполне может развиваться где-то внутри NGC 6334 прямо сейчас.
- Важным регулятором процессов звездообразования в туманности Кошачьей лапы являются магнитные поля. Исследования показывают, что они ориентированы в разных направлениях и формируют сложную взаимосвязанную структуру. В результате вещество выстраивается вдоль силовых линий: это замедляет коллапс газовых облаков, не позволяя им превратиться в звезды одновременно. Таким образом, во многом благодаря магнитным полям ученые могут наблюдать множество звезд разных поколений в одной ограниченной локации.
Туманность Кошачьей лапы в вопросах и ответах
1. Где находится туманность Кошачьей лапы?
Физически туманность Кошачьей лапы находится в галактическом рукаве Стрельца, а при наблюдениях с Земли ее можно увидеть в созвездии Скорпиона.
2. Почему она получила такое необычное название?
Необычное название туманности связано с тем, что на астрономических снимках она визуально напоминает подушечки на кошачьих лапах.
3. На каком расстоянии от Земли находится туманность Кошачьей лапы?
По разным оценкам, туманность Кошачьей лапы находится на расстоянии от 4 000 до 5 500 световых лет от Земли.
4. Кто и когда открыл туманность Кошачьей лапы?
Туманность Кошачьей лапы в 1837 году открыл британский астроном Джон Гершель.
5. Какой тип туманности представляет NGC 6334?
NGC 6334 относится к типу эмиссионных туманностей, которые способны излучать свет благодаря расположенным в них звездам.
6. Что происходит внутри туманности Кошачьей лапы?
Внутри туманности Кошачьей лапы происходят активные процессы звездообразования.
7. Какие звезды формируются в ее недрах?
По большей части, в недрах туманности формируются наиболее массивные звезды, известные как сверхгиганты.
8. Как туманность Кошачьей лапы выглядит в инфракрасном свете?
При исследовании снимков в инфракрасном диапазоне можно увидеть полную трехмерную структуру туманности, неразличимую при наблюдениях в видимом свете.
9. Можно ли увидеть туманность Кошачьей лапы в телескоп?
Туманность Кошачьей лапы можно увидеть в достаточно мощный телескоп, находясь при этом в Южном полушарии или рядом с экватором.
10. Чем она отличается от туманности Ориона?
По сравнению с туманностью Ориона, NGC 6334 формирует звезды значительно быстрее и при этом бо́льшая часть из них является массивными.
11. Какие телескопы изучали туманность Кошачьей лапы?
Туманность Кошачьей лапы изучали космические телескопы «Хаббл», «Чандра», «Спитцер», «Джеймс Уэбб», а также наземная радиоастрономическая обсерватория ALMA.
12. Какова температура и состав газа в этой туманности?
Почти весь газ в туманности Кошачьей лапы представлен водородом и гелием. Его температура неоднородна: в холодных участках она близится к абсолютному нулю, а в местах звездообразования достигает миллионов градусов Цельсия.
13. Есть ли там молодые звездные скопления?
Туманность буквально усеяна молодыми звездными скоплениями. Во многих из них звезды еще не достигли возраста 100 000 лет.
14. Почему эта область важна для астрономов?
Туманность Кошачьей лапы важна для астрономов, так как находится относительно недалеко от Земли и позволяет изучать разные стадии жизненного цикла массивных звезд.
15. Что показывают новые наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб» о туманности Кошачьей лапы?
Новые наблюдения, сделанные с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», помогли обнаружить сразу несколько недоступных ранее очагов звездообразования.
***
Туманность Кошачьей лапы представляет собой нечто гораздо большее, чем причудливый космический узор. Исследуя ее в разных диапазонах, ученые будто читают учебник по звездной эволюции, и каждая «подушечка» раскрывает секреты возникновения новых миров. От последовательных волн звездообразования до синтеза органических молекул и влияния магнитных полей, — туманность NGC 6334 помогает науке раскрывать фундаментальные механизмы, в течение миллиардов лет формирующие нашу галактику и всю Вселенную.
Автор текста Иван Стефанов
Изображение на обложке: NASA/JPL-Caltech
