Кіріспе

Тақ шоқжұлдызында орналасқан супернова қалдығы, көрінерлік шамасы 8,4-ке тең, бұл Сатурнның Титан айымен салыстыруға болады. Ол қалың көзбен көрінбейді, бірақ қолайлы жағдайларда көзілдірік арқылы анықтауға болады. Бұл тұмандық Құс жолы галактикасының Персей саласында, Жерден шамамен 6500 жарық жылы қашықтықта орналасқан. Оның диаметрі шамамен 11 жарық жылы, бұл шамамен 7 доға минутына сәйкес келеді, және ол шамамен 1500 км/с жылдамдықпен, немесе жарық жылдамдығының 0,5% жылдамдықпен кеңейіп жатыр. Тұмандықтың ортасында Қабылдағыш пульсары орналасқан, ол секундына 30,2 рет айналатын нейтронды жұлдыз, гамма сәулелерінен радио толқындарына дейін сәуле шығару импульстарын шығарады. Рентген және гамма сәулелерінің 30 кэВ-тан жоғары энергиясында Қабылдағыш тұмандығы әдетте аспандағы ең жарқын тұрақты гамма сәулелер көзі болып табылады, өлшенген ағыны 10 ТэВ-тан жоғарыға дейін жетеді. Бұл тұмандықтың сәулеленуі оны жасыратын аспан денелерін егжей-тегжейлі зерттеуге мүмкіндік береді. 1950 және 1960 жылдары Күннің коронасы Қабылдағыш тұмандығының радио толқындары арқылы өтуін бақылаудан картаға түсірілді, ал 2003 жылы Сатурнның Титан айының атмосферасының қалыңдығы өлшенді, ол тұмандықтың рентген сәулелерін тосқан кезде.

Байқау тарихы

SN 1054 астрономиялық нысанының алғашқы тіркелген байқауы 1054 жылы қытай астрономдары мен жапондық бақылаушылар жасаған, соның салдарынан оған сандық белгі берілді. Қазіргі кезде Шаңқамыс тұмандығының (Crab Nebula) бір супернованың нәтижесінде пайда болғаны 1921 жылы Карл Отто Лэмпленд тұмандықтың құрылымындағы өзгерістерді хабарлаған кезден бастап түсіндіріледі.

Бірінші сәйкестендіру

Жүгіртке тұмандығын алғаш рет 1731 жылы Джон Бевис анықтады. Бұл тұмандықты 1758 жылы Шарль Мессье жарқын комета бақылап отырғанда тәуелсіз түрде қайта ашқан. Біраз бақылаудан кейін, ол байқаған нысанның аспанда жылмайтынын байқады, содан кейін Мессье бұл нысан комета емес деген қорытындыға келді. Мессье бұлтты бірақ аспанда бекітілген әртүрлі астрономиялық нысандардың каталогын жасаудың пайдалы екенін түсінді, осылайша оларды комета ретінде қате тіркеуден сақтану үшін. Осы түсінігінің арқасында ол "Мессье каталогын" құрастырды.

SN 1054 желісіне қосылу

Жүгіртке тұмандығы – супернова жарылысымен байланысты деп танылған алғашқы астрономиялық нысан. 1913 жылы Весто Слифер аспанды спектроскопиялық зерттеуін тіркегенде, Жүгіртке тұмандығы тағы да зерттелетін алғашқы нысандардың бірі болды. Бұлттың өзгеруін, оның шағын көлемін көрсететін өзгерістерді 1921 жылы Карл Лэмпленд анықтады. Сол жылы Джон Чарльз Дункан қалдықтың кеңейіп жатқанын көрсетті, ал Кнут Лундмарк оның 1054 жылғы «қонақ жұлдызға» жақын екенін атап өтті. 1928 жылы Эдвин Хаббл бұлтты 1054 жылғы жұлдызбен байланыстыруды ұсынды, бұл идея суперновалардың табиғаты түсінілгенге дейін даулы болып қалды. Ал Николас Мейалл 1054 жылғы жұлдыздың жарылысы Жүгіртке тұмандығын тудырған супернова екендігіне күмән жоқ екенін көрсетті. Сол сәтте тарихи суперноваларды іздеу басталды: супернова қалдықтарын қазіргі заманғы бақылаулармен өткен ғасырлардың астрономиялық құжаттарымен салыстыру арқылы тағы жеті тарихи байқау табылды. Алғашқы байланыс қытайлық бақылаулармен болғаннан кейін, 1934 жылы қытайлық деректерден бірнеше апта бұрын «қонақ жұлдыз» туралы 13 ғасырлық жапондық сілтеме «Мейгетсукиде» табылды. Бұл оқиға ұзақ уақыт бойы ислам астрономиясында тіркелмеген деп есептелді, бірақ 1978 жылы Ибн Әби Усаибия жасаған 13 ғасырлық көшірмеде Ибн Бутланның еңбегінен сілтеме табылды. Қытайлықтар байқаған күндізгі «қонақ жұлдыздың» алыстығын ескерсек, ол тек супернова болуы мүмкін – ядролық синтезден энергиясын сарптап, өзіне құлаған, жарылып жатқан алып жұлдыз. Тарихи жазбаларды жақында талдау Жүгіртке тұмандығын тудырған супернованың сәуірде немесе мамырдың басында пайда болғанын, ал шілдеде оның ең жоғарғы шамасы −7 және −4,5 (Венераның −4,2-ден және Айдан басқа түнгі аспандағы барлық заттардан да жарық) шамасына жеткенін көрсетті. Супернова алғаш байқалғаннан кейін шамамен екі жыл бойы қалың көзбен көруге болады.

Жүрек пульсары

1960 жылдары пульсарлардың болжамы мен ашылуынан кейін, Жүгіртке тұмандығы қайтадан қызығушылықтың басты орталығына айналды. Франко Пачини бұлттың жарықтығын түсіндіретін Жүгіртке пульсарының бар екенін алғаш рет болжады. 1968 жылдың соңында Дэвид Х. Сталин мен Эдвард С. Рейфенштейн III Грин-Бэнк телескобын пайдалана отырып, Жүгіртке тұмандығының аймағында екі жылдам өзгермелі радио көзін тапқандарын хабарлады. Олар оларды NP 0527 және NP 0532 деп атады. 33 миллисекундтық периоды және Жүгіртке тұмандығының NP 0532 пульсарының нақты орны Ричард В. Э. Лавлейс және оның әріптестері 1968 жылдың 10 қарашасында Аресибо обсерваториясында тапты. Бұл жаңалық пульсарлардың айналатын нейтронды жұлдыздар екенін (көптеген ғалымдар болжаған пульсациялық ақ жұлдыздар емес) дәлелдеді. Жүгіртке пульсарын ашқаннан кейін көп ұзамай Дэвид Ричардс (Аресибо обсерваториясын қолдана отырып) Жүгіртке пульсарының айналу жылдамдығы төмендеп, айналу энергиясын жоғалтатынын анықтады. Томас Голд пульсардың айналу жылдамдығының төмендеуінен туындайтын қуаты Жүгіртке тұмандығын қуаттандыруға жеткілікті екенін көрсетті. Жүгіртке пульсарының ашылуы және оның нақты жасының (күнге дейін) белгілі болуы осы нысандардың сипаттамалық жасы және айналу жылдамдығының төмендеуінен туындайтын жарықтылығы сияқты негізгі физикалық қасиеттерін тексеруге, сондай-ақ магнит өрісінің күші сияқты шамалардың реттілігін және қалдықтың динамикасына қатысты әртүрлі аспектілерді зерттеуге мүмкіндік берді. Бұл супернованың супернова қалдықтарын ғылыми тұрғыдан түсінуде маңызды рөл атқарды, себебі тарихи суперновалардың ешқайсысы дәл жасы белгілі пульсарды жаратқан жоқ. Бұл ережеден жалғыз мүмкін ерекшелік – SN 1181, оның 3C 58 қалдығында пульсар бар, бірақ оның 1181 жылғы қытайлық бақылауларға сүйене отырып сәйкестендірілуі күмәнді. Жүгіртке тұмандығының ішкі бөлігі пульсарды қоршап тұрған пульсарлық жел тұмандығымен басым. Кейбір дереккөздер Жүгіртке тұмандығын пульсарлық жел тұмандығының да, супернова қалдығының да мысалы деп санайды, ал басқалары энергия өндірудің әртүрлі көздері мен мінез-құлқына байланысты екі құбылысты бөліп қарастырады. Бұл жоғары энергиялы гамма сәулелерінің (VHE) терезесін ашты және содан бері көптеген VHE көздерін анықтауға мүмкіндік берді. 2019 жылы Жүгіртке тұмандығы 100 ТэВ-тан асатын гамма сәулелерін шығаратыны байқалды, бұл оны 100 ТэВ-тан асатын алғашқы анықталған көз етті.

Физикалық параметрлері

Көрінетін жарықта, Жүрек тұмандығы 6 минуттық ұзындығы және 4 минуттық ені бар, кеңінен овал пішіндес талшықтардан тұрады (салыстыру үшін, толық айдың диаметрі 30 минуттық) және оны көк түсті, шашыраңқы орталық аймақ қоршап тұрады. Үш өлшемде тұмандықтың пішіні жалпақ сфера (шамамен алыс қашықтықта) немесе сопақ сфера (шамамен алыс қашықтықта) деп есептеледі. 1953 жылы Иосиф Шкловский шашыраңқы көк аймақтың негізінен синхротрондық сәулелену арқылы пайда болатынын ұсынды, бұл сәулелену магнит өрісінде электрондардың қисық қозғалысынан туындайды. Бұл сәулелену жарық жылдамдығының жартысына дейін жылдамдықпен қозғалатын электрондарға сәйкес келеді. Үш жылдан кейін бұл гипотеза байқаулар арқылы расталды. 1960 жылдары электрондардың қисық траекторияларының себебі тұмандықтың ортасындағы нейтрон жұлдызының күшті магнит өрісі екені анықталды.

Қашықтық

Қиыр тұмандылығы астрономдардың көп назарын аударатындықтан, оның қашықтығын анықтау үшін қолданылатын әрбір әдістегі белгісіздіктерге байланысты оның қашықтығы әлі де ашық мәселе болып қала береді. 2008 жылы оның Жерден қашықтығы туралы бір пікірге келді. Бірнеше жылдық аралықта түсірілген суреттер тұмандылықтың баяу кеңеюін көрсетеді, ал осы бұрыштық кеңеюді оның спектроскопиялық жолмен анықталған кеңею жылдамдығымен салыстыру арқылы тұмандылықтың қашықтығын бағалауға болады. 1973 жылы тұмандылыққа дейінгі қашықтықты есептеу үшін қолданылған көптеген әдістерді талдау нәтижесінде алынған мән, қазіргі кезде айтылатын мәнмен сәйкес келеді. Оның кеңеюін кері есептеу (тұмандылықтың массасына байланысты кеңею жылдамдығының тұрақты түрде төмендеуін ескере отырып) тұмандылықтың 1054 жылдан кейін бірнеше онжылдықтар өткен соң пайда болған күнін көрсетті, яғни оның сыртқа қарай жылдамдығы суперновалық жарылыстан кейін күтілгеннен гөрі аз төмендеген. Бұл төмендеудің себебі, тұмандылықтың магнит өрісіне энергияны жеткізетін пульсардың әсерінен туындайды деп саналады, бұл тұмандылықты кеңейтіп, оның жіпшелерін сыртқа қарай итереді.

Массасы

Бұлттың жалпы массасын бағалау, супернованың алдыңғы жұлдызының массасын бағалау үшін маңызды. Шағатай тұмандығының жіпшелеріндегі зат мөлшері (иондалған және бейтарап газдың шығарылған массасы; көбінесе гелий) 4,6-ға бағаланады.

Гелийге бай тор

Жүгіртке тұмандығының көптеген тұманды компоненттерінің (немесе аномалиялардың) бірі – пульсар аймағын кесіп өтетін шығыс-батыс жолағы ретінде көрінетін гелийге бай тор. Тор көзге көрінетін материалдың шамамен 25% құрайды. Алайда, есептеулер бойынша, тордың 95% гелийден тұрады. Тордың құрылысына қатысты әлі күнге дейін нақты түсінік жоқ. Жұлдыздың айналасындағы аймақ 1949 жылы радио толқындардың, 1963 жылы рентген сәулелерінің күшті көзі болып табылды және 1967 жылы гамма сәулелері бойынша аспандағы ең жарқын нысандардың бірі ретінде анықталды. 1968 жылы бұл жұлдыздың жылдам импульстермен сәуле шығаруы анықталды, ол алғашқы табылған пульсарлардың бірі болды. Алайда, Жүгіртке тұмандығының ортасында пульсациялық радио көзінің табылуы пульсарлардың супернова жарылыстары нәтижесінде пайда болғандығына айқын дәлел болды. Қазір олар жылдам айналатын нейтронды жұлдыздар деп танылады, олардың күшті магнит өрістері сәулеленуді тар сәулелерге шоғырландырады. Жүгіртке пульсарының диаметрі шамамен 20 километрге жуық деп есептеледі; ол 33 миллисекунд сайын сәулелену импульстерін шығарады. Импульстер радио толқындардан рентген сәулелеріне дейін электромагниттік спектрдің барлық толқын ұзындығында таралады. Барлық оқшауланған пульсарлар сияқты, оның да айналу периоды өте баяулап келеді. Кейде оның айналу периоды «теріс импульстар» деп аталатын күрт өзгерістерді көрсетеді, бұл нейтронды жұлдыздың ішіндегі кенеттен қайта бағдарланудан туындаған деп есептеледі. Пульсардың баяулау кезінде бөлінетін энергия өте зор, ол Күннің жарықтығынан шамамен 75 000 есе көп Клеткалы тұмандығының синхротронды сәулеленуін қуаттайды. Пульсардың экстремалды энергиясы Жүгіртке тұмандығының ортасында ерекше динамикалық аймақ жасайды. Астрономиялық нысандардың көпшілігі өте баяу дамиды, өзгерістер тек көп жылдар бойы ғана көрінеді, ал Жүгіртке тұмандығының ішкі бөліктері бірнеше күндік уақыт аралығында өзгерістерді көрсетеді. Тұмандықтың ішкі бөлігіндегі ең динамикалық белгі – пульсардың экваторлық желдің тұмандықтың негізгі бөлігіне соқтығысып, соққы толқынын қалыптастыратын нүктесі. Бұл нысанның пішіні мен орны тез өзгеріп, экваторлық жел бірнеше жіп тәрізді құрылымдар түрінде көрінеді, олар пульсардан алыстағанда тікене түседі, жарқырайды, содан кейін әлсірейді. Сондықтан Жүгіртке тұмандығының пульсары оның ядролық ыдыраудан пайда болған супернова екенін көрсетеді. Супернова жарылыстарының теориялық модельдері, Жүгіртке тұмандығын тудырған жұлдыздың массасы 8-ден 10 күн массасына дейін болған болуы керек екенін көрсетеді. 8 күн массасынан төмен жұлдыздар супернова жарылысын тудыруға жеткіліксіз деп есептеледі және олардың өмірін планеталық тұмандықтарды құру арқылы аяқтайды, ал 10 күн массасынан ауыр жұлдыз Жүгіртке тұмандығында байқалғаннан өзгеше химиялық құрамы бар тұмандықтарды тудырған болар еді. Алайда, соңғы зерттеулер оның ата-бабасы электронды тұтқындау суперновасында жарылған супер асимптотикалық алып тармақ жұлдызы болуы мүмкін екенін көрсетеді. 2021 жылдың маусым айында Nature Astronomy журналында жарияланған мақалада 2018 жылғы SN 2018zd (NGC 2146 галактикасында, Жерден шамамен 31 миллион жарық жылы қашықтықта) электронды тұтқындау суперновасының алғашқы байқалуы болуы мүмкін екені хабарланды. Жүгіртке тұмандығын құраған 1054 жылғы супернова жарылысы электронды тұтқындау суперновасының ең ықтимал үміткері саналды, ал 2021 жылғы мақала бұл дұрыс болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Күн жүйесінің денелерінің транзиті

Шамамен 1,5 градус қашықтықта эклиптика – Күннің айналасында Жердің орбитасы жазықтығынан – Қызылша тұмандығы орналасқан. Осының салдарынан Ай және кейде планеталар тұмандықтың үстінен өтуі немесе оны жабуы мүмкін. Күн тұмандықтың үстінен өтпесе де, оның коронасы тұмандықтың алдынан өтеді. Мұндай өтулер мен жабулар тұмандық пен оның алдынан өтетін нысанды талдауға мүмкіндік береді, себебі тұмандықтан шығатын сәулеленудің өтетін нысанмен қалай өзгеретінін бақылауға болады.

Айлық

Айдың өтуі тұмандықтан рентген сәулеленуін картаға түсіру үшін қолданылды. Рентгендік бақылау спутниктері, мысалы, Чандра рентген обсерваториясы іске қосылғанға дейін, рентгендік бақылаулардың бұрыштық ажыратымдылығы көбінесе өте төмен болды. Бірақ, Ай тұмандықтың алдынан өтетін кезде оның орны өте дәл анықталады, сондықтан тұмандықтың жарқырауындағы өзгерістер рентген сәулеленуінің картасын жасауға пайдаланылуы мүмкін. Рентген сәулелері алғаш рет Жыланшар тұмандығынан байқалғанда, олардың көзінің нақты орнын анықтау үшін Айдың тұтылуы қолданылды.

Басқа заттар

Сатурн өте сирек Қақаң көпіршігінен өтеді. 2003 жылдың 4 қаңтарында (UTC) жасалған транзит, 1295 жылдың 31 желтоқсанынан (O. S.) бергі алғашқы транзит болды; келесі транзит 2267 жылдың 5 тамызында болады. Зерттеушілер Сатурнның Ай тілегі Титан Қақаң көпіршігі арқылы өтетін кезде, "Чандра" рентгендік обсерваториясын пайдаланып, Титанның атмосферасы рентген сәулелерін сіңіргендіктен, оның рентгендік "көлеңкесі" қатты бетінен үлкен екенін анықтады. Бұл бақылаулар Титан атмосферасының қалыңдығын көрсетті. Сатурнның өзінің транзитін байқау мүмкін болмады, себебі "Чандра" сол уақытта Ван Аллен белдеулерінен өтіп жатқан еді.