Skomplikowane szczegóły pozostałości umierającej gwiazdy

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba uchwycił słynną Mgławicę Pierścień z niespotykaną dotąd szczegółowością. Mgławica Pierścień składa się z gwiazdy zrzucającej swoje zewnętrzne warstwy w miarę wyczerpywania się paliwa i jest typową mgławicą planetarną. Nowe zdjęcie z kamery NIRCam (kamery bliskiej podczerwieni) firmy Webba pokazuje skomplikowane szczegóły struktury włókien pierścienia wewnętrznego. W mgławicy znajduje się około 20 000 gęstych kul bogatych w wodór cząsteczkowy. Natomiast w obszarze wewnętrznym widać przegrzany gaz. Główna powłoka zawiera cienki pierścień o zwiększonej emisji cząsteczek węglowych, znanych jako wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Źródło: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow (University College London), N. Cox (ACRI-ST), R. Wesson (Uniwersytet w Cardiff)

NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Ujawnia zawiłe szczegóły mgławicy pierścieniowej, sugerując rolę podwójnych towarzyszy w kształtowaniu złożonych struktur mgławic planetarnych.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba uzyskał zdjęcia Mgławicy Pierścień, jednej z najsłynniejszych przykładów mgławicy planetarnej. Podobnie jak Mgławica Pierścień Południowy, jedno z pierwszych zdjęć Webba, Mgławica Pierścień ukazuje skomplikowane struktury końcowych stadiów umierającej gwiazdy. Roger Wesson z Uniwersytetu w Cardiff opowiada nam więcej o tym etapie cyklu życia gwiazdy podobnej do Słońca oraz o tym, jak obserwacje Webba dostarczyły jemu i jego współpracownikom cennych informacji na temat powstawania i ewolucji tych obiektów, co sugeruje kluczową rolę gwiazdy binarni towarzysze.

Kiedyś uważano, że mgławice planetarne to proste, okrągłe ciała z pojedynczą umierającą gwiazdą w środku. Ich nazwy pochodzą od ich niewyraźnego, przypominającego planetę wyglądu widzianego przez małe teleskopy. Zaledwie kilka tysięcy lat temu gwiazda ta wciąż była czerwonym olbrzymem tracącym większość swojej energii.Na pożegnanie to gorące centrum wyrzuconego gazu jonizuje lub nagrzewa się, a mgławica reaguje kolorową emisją światła.Jednak ostatnie obserwacje pokazują, że większość mgławic planetarnych wykazuje niesamowitą złożoność.Powstaje pytanie: w jaki sposób czy kulista gwiazda mogłaby stworzyć takie niesferyczne struktury, złożone i delikatne?

To nowe zdjęcie Mgławicy Pierścień wykonane za pomocą instrumentu MIRI (Instrument średniej podczerwieni) Webba ujawnia szczególne szczegóły koncentrycznych cech w zewnętrznych obszarach Mgławicy Pierścień. Za zewnętrzną krawędzią głównego pierścienia znajduje się około dziesięciu koncentrycznych łuków. Uważa się, że łuki powstają w wyniku interakcji gwiazdy centralnej z gwiazdą towarzyszącą o małej masie, krążącą w odległości podobnej do tej między Ziemią a Plutonem. CSA, M. Barlow (University College London), N. Cox (ACRI-ST), R. Wesson (Uniwersytet w Cardiff)

„Mgławica Pierścień jest idealnym celem do odkrycia niektórych tajemnic mgławic planetarnych. Znajduje się niedaleko, około 2200 lat świetlnych od nas i jest jasna – widoczna przez lornetkę w pogodny letni wieczór z półkuli północnej i dużej części południa. Nasz zespół, nazwany zespołem ESSENCE (Evolving Stars and They Nebulae in The JWST era), to międzynarodowa grupa ekspertów w dziedzinie mgławic planetarnych i obiektów pokrewnych. Wiedzieliśmy, że obserwacje Webba dostarczą bezcennych spostrzeżeń, ponieważ Mgławica Pierścień tak dobrze pasuje do pole widzenia kamer Webba NIRCam (Near Infrared Camera) i MIRI (Near Infrared Camera) instrument średniej podczerwieni), co pozwala na badanie go w niespotykanych dotychczas lokalizacjach przestrzennych. Szczegóły. Nasza propozycja obserwacji (1558 GBP) została przyjęta i Webb wykonał zdjęcia Mgławicy Pierścień zaledwie kilka tygodni po rozpoczęciu prac naukowych 12 lipca 2022 r.

„Kiedy po raz pierwszy zobaczyliśmy te zdjęcia, byliśmy zdumieni ilością szczegółów. Jasny pierścień, od którego wzięła się nazwa mgławicy, składa się z około 20 000 pojedynczych skupisk gęstego molekularnego wodoru, każdy o wielkości mniej więcej Ziemi. Wewnątrz pierścienia znajduje się wąskie pasmo emisji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, w skrócie WWA. Wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, złożonych cząsteczek zawierających węgiel, których powstania w Mgławicy Pierścień nie spodziewalibyśmy się. Poza jasnym pierścieniem widzimy dziwne „guzy” skierowane bezpośrednio od gwiazdy centralnej, które są widoczne w podczerwieni, ale były bardzo słabo widoczne. Kosmiczny teleskop Hubble zdjęcia. Uważamy, że może to wynikać z cząstek, które mogą tworzyć się w cieniach gęstszych części pierścienia, gdzie są osłonięte przed bezpośrednim, intensywnym promieniowaniem gorącej gwiazdy centralnej.

„Nasze obrazy MIRI zapewniły nam najczystszy i najostrzejszy jak dotąd obraz słabego halo molekularnego na zewnątrz jasnego pierścienia. Zadziwiającym odkryciem było to, że w tym słabym halo znajduje się aż do dziesięciu regularnie rozmieszczonych koncentrycznych obiektów. Łuki te musiały powstawać mniej więcej co 280° lat temu Gwiazda centralna zrzucała swoje zewnętrzne warstwy. Kiedy pojedyncza gwiazda przekształca się w mgławicę planetarną, nie znamy żadnego procesu trwającego tak długo. Zamiast tego pierścienie te wskazują, że musi w niej znajdować się gwiazda towarzysząca układu, krążącego wokół gwiazdy centralnej bardzo daleko od gwiazdy centralnej Pluton robi od naszego słońca. Gdy umierająca gwiazda pozbyła się atmosfery, gwiazda towarzysząca ukształtowała i wyrzeźbiła wypływ. Żaden poprzedni teleskop nie miał takiej czułości i rozdzielczości przestrzennej, aby wykryć ten subtelny efekt.

„Więc w jaki sposób kulista gwiazda utworzyła tak uporządkowane i złożone mgławice jak Mgławica Pierścień? Częścią odpowiedzi może być niewielka pomoc ze strony towarzysza układu podwójnego.”

Autorski

• Roger Wesson jest pracownikiem naukowym w Szkole Fizyki i Astronomii na Uniwersytecie w Cardiff w Wielkiej Brytanii oraz współbadaczem ESSENcE.
• Mikako Matsuura jest wykładowcą (odpowiednik profesora nadzwyczajnego) w Szkole Fizyki i Astronomii na Uniwersytecie w Cardiff w Wielkiej Brytanii oraz badaczem stowarzyszonym w ESSENcE.
• Albert Zylstra jest profesorem astrofizyki na Uniwersytecie w Manchesterze w Wielkiej Brytanii i pracownikiem naukowym w programie ESSENcE.

Uwaga: W tym artykule przedstawiono dane z trwającej obecnie nauki o sieci, która nie została jeszcze poddana procesowi recenzji.