Astronomi nebula planet

Nebula planet, salah satu kelas nebula terang yang memperluas cangkang gas bercahaya yang dikeluarkan oleh bintang-bintang yang sekarat. Diamati secara teleskopik, mereka memiliki penampilan kompak yang relatif bulat daripada bentuk tambalan nebula lainnya yang semrawut — maka nama mereka, yang diberikan karena kemiripannya dengan cakram planet ketika dilihat dengan instrumen akhir 1700-an, ketika nebula planet pertama kali ditemukan.

Diperkirakan ada sekitar 20.000 objek yang disebut nebula planet di Galaksi Bima Sakti, masing-masing mewakili gas yang dikeluarkan relatif baru-baru ini dari bintang pusat sangat terlambat dalam evolusinya. Karena pengaburan debu di Galaksi, hanya sekitar 1.800 nebula planet yang telah di katalog. Nebula planet adalah sumber penting gas dalam medium antarbintang.

Bentuk dan struktur

Dibandingkan dengan nebula difus (lihat wilayah H II), nebula planet adalah benda-benda kecil, yang memiliki jari-jari 1 tahun cahaya dan mengandung massa gas sekitar 0,3 massa matahari. Salah satu nebula planet terbesar yang diketahui, Nebula Helix (NGC 7293) di konstelasi Aquarius, menyudutkan sudut busur sekitar 20 menit — dua pertiga ukuran sudut Bulan. Nebula planeter jauh lebih padat daripada sebagian besar wilayah H II, biasanya mengandung 1.000-10.000 atom per cm kubik dalam wilayah padatnya, dan memiliki kecerahan permukaan 1.000 kali lebih besar. Banyak yang begitu jauh sehingga mereka tampak bintang ketika difoto langsung, tetapi contoh-contoh yang mencolok memiliki ukuran sudut hingga 20 menit busur melintang, dengan busur 10-30 detik biasa. Mereka yang menunjukkan disk yang terang memiliki bentuk yang lebih teratur daripada daerah H II yang kacau, tetapi biasanya masih ada beberapa fluktuasi kecerahan pada disk. Planet-planet umumnya memiliki batas luar yang tajam dan teratur; seringkali mereka memiliki batas dalam yang relatif teratur juga, memberi mereka penampilan cincin. Banyak yang memiliki dua lobus bahan cerah, menyerupai lengkungan lingkaran, dihubungkan oleh jembatan, agak menyerupai huruf Z.

Kebanyakan planet menunjukkan bintang pusat, yang disebut nukleus, yang menyediakan radiasi ultraviolet yang diperlukan untuk mengionisasi gas di cincin atau shell di sekitarnya. Bintang-bintang itu termasuk yang paling terkenal dan berada dalam kondisi evolusi yang relatif cepat.

Seperti daerah H II, keteraturan struktural keseluruhan menyembunyikan fluktuasi skala besar dalam kepadatan, suhu, dan komposisi kimia. Gambar resolusi tinggi dari nebula planet biasanya mengungkapkan simpul kecil dan filamen hingga batas resolusi. Spektrum nebula planet ini pada dasarnya sama dengan spektrum wilayah H II; itu berisi garis-garis terang dari rekombinasi hidrogen dan helium dan garis-garis terlarang yang cerah, bersemangat collisionally dan garis rekombinasi samar ion lain. (Rekombinasi adalah proses di mana atom pada tingkat eksitasi yang tinggi menangkap elektron energi yang lebih rendah dan kemudian turun ke tingkat eksitasi yang lebih rendah.) relatif dingin (25.000 K) untuk beberapa yang paling terkenal (200.000 K). Dalam nebula dengan bintang-bintang panas, sebagian besar helium terionisasi dua kali lipat, dan jumlah oksigen dan ion argon lima kali lipat yang terionisasi dan neon terionisasi empat kali ada. Di daerah H II helium terutama sekali terionisasi dan neon dan argon hanya sekali atau dua kali. Perbedaan dalam keadaan atom ini disebabkan oleh suhu inti planet (hingga sekitar 150.000 K), yang jauh lebih tinggi daripada bintang yang menarik dari daerah H II (kurang dari 60.000 K untuk bintang O, yang terpanas). Tingkat ionisasi yang tinggi ditemukan dekat dengan bintang pusat. Ion-ion berat yang langka, bukannya hidrogen, menyerap foton beberapa ratus elektron volt energi. Di luar jarak tertentu dari bintang pusat, semua foton energi yang cukup untuk mengionisasi spesies ion tertentu telah diserap, dan karena itu spesies tidak dapat eksis lebih jauh. Perhitungan teoritis terperinci agak berhasil memprediksi spektrum nebula yang paling baik diamati.

Spektrum nebula planet mengungkapkan fakta menarik lainnya: mereka berkembang dari bintang pusat dengan kecepatan 24–56 km (15–35 mil) per detik. Tarikan gravitasi bintang cukup kecil pada jarak cangkang dari bintang, sehingga cangkang akan melanjutkan ekspansi sampai akhirnya menyatu dengan gas antarbintang di sekitarnya. Perluasan sebanding dengan jarak dari bintang pusat, konsisten dengan seluruh massa gas yang telah dikeluarkan pada satu periode singkat dari bintang dalam semacam ketidakstabilan.

Jarak planetary nebula

Memperkirakan jarak ke nebula planet tertentu sangat menantang karena beragam bentuk dan massa gas terionisasi. Ada ketidakpastian tentang jumlah radiasi pengion dari bintang pusat yang lolos dari nebula dan jumlah material dengan kepadatan rendah yang mengisi bagian dari volume tetapi tidak memancarkan radiasi yang cukup besar. Dengan demikian, nebula planet bukanlah kelas objek yang homogen.

Jarak diperkirakan dengan memperoleh pengukuran untuk sekitar 40 objek yang kebetulan memiliki sifat yang menguntungkan. Properti yang menguntungkan melibatkan hubungan dengan objek lain yang jaraknya dapat diperkirakan secara independen, seperti keanggotaan dalam gugusan bintang atau hubungan dengan bintang dari properti yang diketahui. Metode statistik, dikalibrasi oleh objek-objek ini, memberikan perkiraan kasar (sekitar 30 persen kesalahan) jarak untuk semua yang lain. Metode statistik melibatkan asumsi bahwa semua cangkang memiliki massa yang sama ketika semua cangkang terionisasi dan mengoreksi fraksi yang netral untuk yang lainnya.

Dari penentuan jarak terbaik yang tersedia, ukuran sebenarnya dari nebula dapat ditemukan dari ukuran sudutnya. Biasanya, nebula planetary adalah beberapa persepuluh dari satu tahun cahaya dalam radius. Jika jarak ini dibagi dengan kecepatan ekspansi, usia nebula sejak ejeksi diperoleh. Nilai berkisar sekitar 30.000 tahun, setelah itu nebula sangat lemah sehingga tidak dapat dibedakan dari gas antarbintang di sekitarnya. Seumur hidup ini jauh lebih pendek daripada masa hidup bintang induk, sehingga fase nebular relatif singkat.