Mgławica Kraba (krócej Krab, znana także jako M1, Messier 1 czy NGC 1952) – plerion w gwiazdozbiorze Byka. Mgławica została zaobserwowana po raz pierwszy w 1731 przez Johna Bevisa. Jest skojarzona z supernową zauważoną przez chińskich oraz arabskich astronomów w 1054. Znajduje się w odległości około 6,3 tysiąca lat świetlnych (1930 pc) od Ziemi. Jej średnica to około 11 lat świetlnych (3,4 pc) i co sekundę zwiększa się o kolejne 1500 kilometrówM. Bietenholz, P. Kronberg, D. Hogg, A. Wilson, The expansion of the Crab Nebula, Astrophysical Journal 2, strony L59-L62. 1 czerwca 1991.. W centrum mgławicy znajduje się pulsar PSR B0531+21 obracający się wokół własnej osi 30 razy na sekundę, emitujący promieniowanie w zakresie od fal gamma do radiowych.
Powszechnie przyjęło się nazywać Mgławicę Kraba pozostałością po supernowej, jednak to stwierdzenie jest formalnie nieprecyzyjne. Okazuje się, że supernowa z 1054 była wydarzeniem o wyjątkowo małej energiiD. Frail, N. Kassim, T. Cornwell, W. Goss, Does the Crab Have a Shell?, Astrophysical Journal Letters 454, L129. Grudzień 1995. lub w jakiś sposób znacznie i bardzo szybko wytraciła ją na otaczających gwiazdę gazachRoger Romani, William Reach, Bon Chul Koo, Carl Heiles, A large bubble around the Crab Nebula, Astrophysical Journal 349, L51-L54. 1 lutego 1990.. Za zasilanie obserwowanej mgławicy odpowiada centralny pulsar, pozostałość po gwieździe, która eksplodowała jako supernowa obserwowana na Ziemi w 1054.
Krab, jako istotne źródło promieniowania, leżące jedynie 1,5° od płaszczyzny ekliptyki, często pomaga naukowcom w badaniach obiektów, które go przesłaniają. W latach 50. i 60. XX w. badano w ten sposób koronę słoneczną, a ostatnio oceniano grubość atmosfery Tytana, gdy blokowała ona pochodzące z M1 promieniowanie rentgenowskie.
Historia obserwacji Po raz pierwszy Mgławicę Kraba zaobserwował John Bevis w 1731, dodając ją do swojego atlasu nieba, Uranographia Britannica. Niezależnie od niego mgławicę ponownie odkrył Charles Messier 28 sierpnia 1758, gdy próbował znaleźć kometę Halleya. Szybko jednak zauważył, że obiekt nie porusza się względem gwiazd. Skłoniło to Messiera do skatalogowania podobnych do Kraba obiektów, aby nie mylić ich później z kometami. Tak powstał słynny katalog Messiera, a Mgławica Kraba, dodana 12 września 1758, otrzymała w nim pierwszy numer, M1. Mimo powszechności katalogu w 1835 ponownie pomylono Mgławicę Kraba z kometą Halleya.
Nazwę dla Mgławicy Kraba wymyślił William Parsons. Kształt M1 na szkicachLord Rosse's drawings of M1, the Crab Nebula dostępne w SEDS., które wykonał na podstawie obserwacji mgławicy około 1844, przypominał mu krabaGlyn Jones, The search for the nebulae, Chalfont St. Giles: Bucks Alpha Academic, Science History Publications. 1975G. Jones, J. Bennett, The search for the nebulae, Journal of the History of Astronomy, tom 7, strona 67. 1976..
Natura i pochodzenie Od czasu odkrycia Kraba zastanawiano się czy jest on ciasną gromadą gwiazd, czy mgławicą. Za mgławicową naturą (prawidłowo) opowiadali się między innymi Charles Messier, Johann Bode, William Herschel. Inni, na przykład John Herschel, sądzili, że M1 jest gromadą gwiazd i tylko niedoskonałość instrumentów optycznych stoi na przeszkodzie, by to udowodnić. Trudność stanowiły obserwowane w M1 włókna, które zdaniem Johna Herschela były oznaką gwiazdowej natury Kraba.
Rozwiązanie przyniosły badania spektroskopowe Vesto Sliphera z lat 1913-1915. Widmo M1 nie przypominało widm gwiazd, Krab musiał więc być mgławicąVesto Slipher, Spectrographic observations of nebulae and star clusters, Popular Astronomy 25, strona 36. 1917.Vesto Slipher, Spectrographic observations of star clusters, Popular Astronomy 26, strona 8. 1918..
W 1921, Carl Lampland z Lowell Observatory, analizując zdjęcia zrobione metrowym teleskopem zwierciadlanym, zauważył, że Mgławica Kraba wyraźnie zmienia swój kształt, wygląd poszczególnych obszarów, oraz nieznacznie jasnośćCarl Lampland, Observed Changes in the Structure of the "Crab" Nebula (N. G. C. 1952), Publications of the Astronomical Society of the Pacific 33, 192, strona 79. Kwiecień 1921.. W tym samym roku John Duncan z Mount Wilson Observatory, porównując zdjęcia wykonane na przestrzeni ponad jedenastu lat, zaobserwował, że Krab rozszerza się o 0,2" rocznie. Jak potem obliczył, ekspansja musiała rozpocząć się około 900 lat temuJohn Duncan, Changes Observed in the Crab Nebula in Taurus, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, tom 7, numer 6, strony 179-180. 15 czerwca 1921..
Wyniki tych badań szybko spowodowały, że jeszcze w 1921 roku Knut Lundmark zasugerował, że Mgławica Kraba może odpowiadać supernowej z 1054 (SN 1054), która rozbłysła w tym samym rejonie niebaKnut Lundmark, Suspected New Stars Recorded in Old Chronicles and Among Recent Meridian Observations, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, tom 33, numer 195, strony 225-238. Październik 1921.. SN 1054 była zjawiskiem wyjątkowym, na tyle jasnym, że została wspomniana w wielu średniowiecznych kronikach chińskich oraz arabskichN. Mayall, The Crab Nebula, a Probable Supernova, Astronomical Society of the Pacific Leaflets, tom 3, strona 145. 1939.. Jest możliwe, że była obserwowana również przez IndianDan Greening, 1054 Supernova Petrograph. Zdjęcia autorstwa Rona Lussiera., oraz, co jest jednak znacznie mniej prawdopodobne, przez EuropejczykówRichard Stephenson, David Green, Was the supernova of AD 1054 reported in European history?, Journal of Astronomical History and Heritage (), tom 6, numer 1, strony 46-52. 2003..
Współczesne analizy historycznych kronik pozwalają przypuszczać, że supernowa, która stworzyła Mgławicę Kraba pojawiła się w kwietniu lub maju 1054, jaśniejąc do maksymalnej wartości pomiędzy −4 a −7,5 w lipcu. Była widoczna gołym okiem przez około dwa lata.
Właściwości fizyczne thumb|left|Pulsar Kraba – połączenie zdjęć w paśmie widzialnym (czerwone kolory) i rentgenowskim (niebieskie) Wyraźnie włóknista (w świetle widzialnym) struktura Mgławicy Kraba otacza jasny, niebieski centralny region. Pasma są resztkami atmosfery gwiazdy, która w 1054 wybuchła jako supernowa. Zawierają głównie zjonizowany wodór i hel, w mniejszych ilościach również węgiel, tlen, azot, żelazo i siarkę. Temperatura włókien zawiera się pomiędzy 11 000 i 18 000 K, przy czym obszary bogatsze w tlen są wyraźnie gorętsze od innych.
W 1953 Iosif Szkłowski zasugerował, że centralny niebieski obszar emituje przeważnie spolaryzowane promieniowanie synchrotronowe, generowane przez przyspieszane w silnym polu magnetycznym po krzywoliniowych torach naładowane elektrony o dużych energiach (prędkościach aż do około połowy prędkości światła)Iosif Szkłowski, On the Nature of the Crab Nebula’s Optical Emission, Doklady Akademii Nauk SSSR 90, 983. 1953. Dostępny jest przedruk z 1957 w Astronomicheskii Zhurnal 34, strona 706.. Teoria została potwierdzona obserwacyjnie trzy lata później przez Jana OortaJ. Oort, T. Walraven, Polarization and composition of the Crab nebula, Bulletin of the Astronomical Institute of the Netherlands 12, strona 285. Maj 1956.. W latach 60. XX w. odnaleziono źródło pola magnetycznego rozpędzającego elektrony w mgławicy – była nim gwiazda neutronowa w centrum KrabaB. Burn, A synchrotron model for the continuum spectrum of the Crab Nebula, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tom 165, strona 421. 1973..
Współczesne obliczenia odległości do M1 na podstawie obserwacji spektroskopowych prowadzą do wyniku 6300 lat świetlnych. Daje to rzeczywiste rozmiary mgławicy równe 6' × 4' (dla porównania, Księżyc ma średnicę około 30'). Biorąc pod uwagę, że Krab rozszerza się z prędkością około 1500 km/s, można na tej podstawie obliczyć jego wiek – poważne badania przeprowadził tu Walter Baade w 1942, dochodząc do wniosku, że Krab narodził się około roku 1140Walter Baade, The Crab Nebula, Astrophysical Journal 96, strony 188-198. Wrzesień 1942.. Naukowcy doszli więc do wniosku, że ekspansja mgławicy przyspieszyła od czasu wybuchu supernowejVirginia Trimble, Motions and Structure of the Filamentary Envelope of the Crab Nebula, Astronomical Journal 73, strona 535. Wrzesień 1968.. Sądzi się, że jest to spowodowane energią pulsara, zasilającą pole magnetyczne, wypychające włókna w przestrzeńM. Bejger, P. Haensel, Accelerated expansion of the Crab Nebula and evaluation of its neutron-star parameters, Astronomy and Astrophysics 405, strony 747-751. Lipiec 2003..
Oszacowania całkowitej masy mgławicy są istotne dla określenia masy gwiazdy-przodka SN 1054. Współcześnie, opierając obliczenia na materii zawartej we włóknach Kraba, szacuje się tę masę na 1–5 mas SłońcaRobert Fesen, Michael Shull, Alan Hurford, An Optical Study of the Circumstellar Environment Around the Crab Nebula, Astronomical Journal 113, strony 354-363. Styczeń 1997.. Jest to powszechnie przyjęta, najczęściej spotykana wartość, aczkolwiek różne źródła podają inne liczby, nawet kilkakrotnie większe.
Centralna gwiazda thumb|Sekwencja zdjęć wykonanych Teleskopem Hubble'a pokazuje wnętrze Kraba, zmieniające się w ciągu czterech miesięcy W centrum Kraba znajdują się dwie słabe gwiazdy. Jedna z nich jest odpowiedzialna za zasilanie mgławicy, co stwierdzono w 1942, gdy Rudolph Minkowski zauważył jej wyjątkowo nietypowe widmo optyczneR. Minkowski, The Crab Nebula, Astrophysical Journal 96, strona 199. Wrzesień 1942.. W 1949 obszar wokół tej gwiazdy okazał się jednym z najsilniejszych źródeł fal radiowychJ. Bolton, G. Stanley, O. Slee, Positions of three discrete sources of Galactic radio frequency radiation, Nature, numer 164, strona 101. 1949., w 1963 promieniowania rentgenowskiegoS. Bowyer, E. Byram, T. Chubb, H. Friedman, Lunar Occulation of X-ray Emission from the Crab Nebula, Science, numer 146, strony 912-917. Listopad 1964., oraz jednym z najjaśniejszych w pasmie fal gamma w 1967R. Haymes, D. Ellis, G. Fishman, J. Kurfess, W. Tucker, Observation of Gamma Radiation from the Crab Nebula, Astrophysical Journal, numer 151, strona L9. Styczeń 1968.. W 1968 natomiast zauważono, że emisja fal radiowych gwiazdy odbywa się w bardzo silnych impulsach. To doprowadziło do odkrycia podobnych regularnych pulsacji również w innych częstotliwościach fal elektromagnetycznych.
Pulsary są silnymi źródłami promieniowania elektromagnetycznego, wysyłanego w niezwykle regularnych i krótkich odstępach, zwykle wiele razy na sekundę. Gdy odkryto je w 1967 stanowiły wielką zagadkę, rozważano nawet możliwość, że są sygnałami od innych rozwiniętych cywilizacjiC. Del Puerto, Pulsars In The Headlines, EAS Publications Series, 16, strony 115-119. 2005.. Ewidentnym dowodem przeciwko tej tezie było jednak zidentyfikowanie pulsara wewnątrz Mgławicy Kraba, która powstała przecież stosunkowo niedawno. Stało się jednocześnie jasne, że pulsary powstają w eksplozjach supernowych. Okres pulsacji związany jest z przyspieszonym okresem obrotu gwiazdy (rotacji), natomiast natura emisji w impulsach z wielkim polem magnetycznym, które koncentruje sygnał w wąskie wiązki.
thumb|left|Pulsar w Mgławicy Kraba Uważa się, że pulsar wewnątrz Kraba ma około 10 km średnicy. Impulsy promieniowania emituje co 33 milisekundyF. Harnden Jr., F. Seward, Einstein observations of the Crab nebula pulsar, Astrophysical Journal 1, numer 283, strony 279-285. 1 sierpnia 1984.. Tak jak u wszystkich izolowanych pulsarów, również u tego okres pulsacji bardzo powoli wydłuża się. Co jakiś czas następują też gwałtowne zmiany okresu obrotu. Gdy pulsar spowalnia, uwalniana jest ogromna energia, która napędza elektrony promieniowania synchrotronowego. Mimo że w świetle widzialnym Krab jest wyjątkowo jasny – jaśniejszy od Słońca około 1000 razy – całkowita jego jasność (we wszystkich długościach fal) jest od Słońca większa aż 75 000 razyW. Kaufmann, Universe 4th edition, Freeman press, strona 428. 1996.Według SEDS nawet jeszcze więcej – podaje 100 000 razy..