Zakaj planetarne meglice izgledajo tako kot izgledajo?

Planetarne meglice so najlepši objekti na nočnem nebu. Njihove tanke plinske lupine so nezemeljske in vzbujajoče. Očarajo oči in gledalci ne potrebujejo znanstvenih spoznanj, da bi jih pritegnili.

Kako so ustvarjeni in zakaj so videti tako lepi?

Najprej, če še ne veste, so planetarne meglice napačno poimenovane. Nimajo nič skupnega s planeti. Ko pa so jih astronomi prvič opazovali s svojimi zgodnjimi teleskopi, so mislili, da so videti kot planeti. Napačen naziv sega v osemdeseta leta 17. stoletja, ko so jih opisovali astronomi, kot je William Herschel.

Zdaj vemo drugače. Vemo, da so planetarne meglice v resnici plasti plina, ki so izvržene iz zunanje atmosfere rdeče velikanke in osvetljene s sevanjem zvezde. Različne barve so iz različnih kemičnih elementov v plinu. Ampak začnimo na začetku.

'Učinek umirajoče osrednje zvezde lahko vidimo v tem, kako odvrže in drobi svoj izvrženi material.'

Joel Kastner, Rochesterski inštitut za tehnologijo.

Meglice se začnejo z zvezdami med približno 1 in 8 sončnimi masami. Blizu konca fuzijskega življenja zvezde, zvezdna gravitacija oslabi, ko izgublja maso. Zvezda se razširi v rdečega velikana in začne odlagati plasti plina iz svoje atmosfere v vesolje. Ko te plasti potujejo navzven, jih ionizira ultravijolično sevanje zvezde, zakopane sredi vse te lepote. To osvetli plinske lupine, ko se oddaljijo od zvezde, ki se zdaj imenuje jedro planetarne meglice ali PNN.

Planetarne meglice so v astronomskem smislu razmeroma kratkotrajni pojavi. Trajajo le nekaj deset tisoč let. Naše Sonce bo sledilo tej evolucijski poti in postalo rdeči velikan ter odvrglo lastno atmosfero in oblikovalo planetarno meglico.

Planetarna meglica NGC 2818 je ugnezdena znotraj odprte zvezdne kopice NGC 2818A. Ta planetarna meglica ni del te študije. Zasluge: NASA, ESA in skupina Hubble Heritage (STScI/AURA)

Na nedavnem 237. srečanju Ameriškega astronomskega društva v petek, 15. januarja, so znanstveniki s tehnološkega inštituta Rochester (RIT) in teleskopa Green Bank predstavili novo raziskavo o tem, kako planetarne meglice tvorijo svoje osupljive oblike. Njihovo delo je osredotočeno na Hubblove slike dveh dobro znanih planetarnih meglic: Meglica metulj (NGC 6302) in Meglica Jewel Bug (NGC 7027).

V letih 2019 in 2020 je Hubble uporabil svojo kamero širokega polja 3 za slikanje obeh meglic v njuni polni pankromatski slavi. Slike emisijskih linij od skoraj ultravijoličnega do skoraj infrardečega so astronomom omogočile, da so podrobno preučili meglice. Te pankromatske študije so bile prve te vrste. Vse je namenjeno razumevanju procesa nastajanja meglic in testiranju modelov oblikovanja meglic, ki jih poganja dvojna zvezda.

Joel Kastner je eden od raziskovalcev, ki stojijo za tem delom. Kastner je profesor na RIT v Centru za slikovno znanost Chester F. Carlson in Šoli za fiziko in astronomijo. V sporočilu za javnost, ki pojasnjuje delo, je Kastner dejal: »Seciramo jih. Učinek umirajoče osrednje zvezde lahko vidimo v tem, kako odvrže in drobi svoj izvrženi material. Zdaj vidimo, kje v materialu, ki ga je osrednja zvezda odvrgla, prevladuje ioniziran plin, kje v njem prevladuje hladnejši prah in celo kako se vroč plin ionizira, bodisi zaradi ultravijoličnega sevanja zvezde bodisi zaradi trkov, ki jih povzroči njen sedanjost. , hitri veter.”

Hubble je bil pred kratkim ponovno usposobljen za NGC 6302, znano kot 'meglica metulj', da bi jo opazoval v bolj popolnem spektru svetlobe, od skoraj ultravijolične do skoraj infrardeče, kar je raziskovalcem pomagalo bolje razumeti mehaniko, ki deluje v njenih tehnicolor 'krilih'. plina. Zasluge za sliko: NASA, ESA in J. Kastner (RIT)

Po tej raziskavi je meglica Metulj zelo mlada, stara približno 2000 let. (Izkazalo se je približno v istem času, da je rimska vojska utrpela svoje najhujši poraz .) En del meglice je še mlajši. Tako imenovana 'krila' - značilnosti emisije železa v obliki črke S - niso stara niti 2000 let.

Raziskava je razkrila tudi drugo presenečenje: tisto, kar so astronomi mislili, da je osrednja zvezda, v resnici ni. Ta je pravzaprav veliko bližje Zemlji in ni povezan z metuljem. Prepoznavanje dejanske zvezde v središču vsega bo zahtevalo močan teleskop, kot je vesoljski teleskop James Webb, in Kastner upa, da bo JWST naredil prav to.

Slika meglice Metulj iz Kastnerjeve AAS predstavitve. Črne in bele pike so bile tisto, kar so astronomi mislili, da je osrednja zvezda. Toda ta nova raziskava slikanja kaže, da so bile te ugotovitve napačne. Osrednja zvezda je prikazana v rumeni barvi. Zasluge slike: Kastner et al.

Druga meglica v tej študiji je meglica Jewel Bug ali NGC 7207.

Na levi je podoba meglice Jewel Bug (NGC 7027), ki jo je leta 2019 posnel vesoljski teleskop Hubble in izdal leta 2020. Nadaljnja analiza raziskovalcev je ustvarila sliko RGB na desni, ki prikazuje izumrtje zaradi prahu, kot sklepamo iz relativna moč dveh emisijskih linij vodika, kot rdeča; emisija žvepla glede na vodik kot zelena; in emisija iz železa kot modra. Zasluge slike: STScI, Alyssa Pagan; P. Moraga (RIT) et al.

Ekipna študija meglice Jewel Bug temelji na 25 letih neprekinjenega spremljanja, ki sega v zgodnja leta teleskopa Hubble. Paula Moraga Baez je ena od raziskovalk, ki sodelujejo pri tej študiji planetarnih meglic. Baez je doktor znanosti. študent astrofizikalnih znanosti in tehnologije. V sporočilu za javnost je Baez dejal, da je Jewel Bug 'izjemen po svoji nenavadni jukstapoziciji krožno simetričnih, osno simetričnih in točkovno simetričnih (bipolarnih) struktur.' Baez je pojasnil, da 'meglica ohranja tudi velike mase molekularnega plina in prahu, kljub temu, da vsebuje vročo osrednjo zvezdo in prikazuje visoka vzbujevalna stanja.'

To je posnetek zaslona z enega od diapozitivov, prikazanih v predstavitvi. Prikazuje emisijske črte železa II v NGC 72027. Moraga pravi, da kaže, kje nastajajo sunki. Ti šoki kažejo na trke, ki ustvarjajo različna stanja ionizacije. Ti sunki pomagajo ustvariti obliko planetarne meglice. Zasluge za sliko: Moraga, Kastner et al, 2021.

The Severni teleskop z razširjenim milimetrskim nizom (NOEMA). prispeval tudi k tej raziskavi. Jesse Bublitz, podoktorski raziskovalec na Observatoriju Green Bank, je analiziral NOEMA slike NGC 7207. Uspelo mu je identificirati molekularne sledilce, ki kažejo, kako rentgenski žarki in ultravijolična svetloba še vedno spreminjata kemijo meglice. Kombinacija slik iz več teleskopov na več valovnih dolžinah kaže, kako sevanje osrednje zvezde NGC 7207 oblikuje različna področja meglice.

'Zelo smo navdušeni nad temi ugotovitvami,' je dejal Bublitz. »Upali smo, da bomo našli strukturo, ki bo jasno pokazala, da CO+ in HCO+ prostorsko sovpadata ali v celoti v ločenih regijah, kar smo tudi storili. To je prvi zemljevid NGC 7027 ali katere koli planetarne meglice v molekuli CO+ in šele drugi zemljevid CO+ katerega koli astronomskega vira.

RGB slika na desni razkriva prostorsko ločitev molekul CO+ (rdeča) in HCO+ (modra), kar kaže na UV oziroma rentgenske procese. Veliko globlja optična slika [O III] (zelena) zagotavlja jukstapozicijo ionizirane atomske strukture in radijskih molekularnih opazovanj. Zasluge slike: STScI, Alyssa Pagan; J. Bublitz (NRAO/GBO) et al.

Planetarne meglice v astronomskem smislu nastanejo dokaj hitro. Ko zvezda rdeča velikanka odvrže svoje plasti, njeni zvezdni vetrovi pomagajo oblikovati te plasti v občutljive oblike, ki opredeljujejo planetarne meglice. Potem, ko zvezda izgubi svojo maso, postane jedro planetarne meglice (PNN). Veter iz PNN je hitrejši od vetra rdečega velikana in vpliva na plin, ki ga izloča rdeči velikan. Te interakcije med zvezdnimi vetrovi pomagajo ustvariti najrazličnejše oblike, prikazane v planetarnih meglicah.

Kastner pravi, da je njihovo delo 'kadilna pištola', ki dokazuje, da dva vetra sodelujeta pri ustvarjanju teh oblik.

Teorija tudi kaže, da lahko oblika planetarnih meglic nakazuje nevidno dvojno zvezdo spremljevalko pred zvezdo. Čeprav ta predstavitev ni predstavila prepričljivih dokazov o spremljevalcu, nekatere slike kažejo, da so v igri slabo razumljeni procesi, ki bi lahko bili povezani s scenarijem binarne zvezde.

Bublitz je predstavil sliko, ki prikazuje tri ločene curke, ki oblikujejo meglico. 'Torej imamo v celoti dokaze za te periodične curke, ki trgajo skozi sicer precej sferično ali simetrično ovojnico planetarne meglice NGC 7207, kar kaže, da je v svoji še vedno kratki življenjski dobi šla skozi zelo zanimive procese.'

NGC 7207 dobi nekaj svoje oblike zaradi treh občasnih curkov, ki raztrgajo njegovo ovojnico. Zasluge za sliko: Bublitz, Kastner, et al, 2021.

Meglice v tej študiji ne bodo trajale dolgo. Po mnenju Kastnerja in njegovih kolegov sta to dve najmlajši in najhitreje razvijajoči se planetarni meglici. Njihova življenjska doba je kratka in ko se plini, iz katerih so sestavljeni, še naprej potujejo stran od zvezde matice – ki bo sčasoma postala bela pritlikavka – bodo zbledeli in se razpršili.

Ti plini bodo sčasoma postali del Medzvezdni medij . Na ta način imajo planetarne meglice pomembno vlogo pri oblikovanju naslednje generacije zvezd. Plini iz meglic imajo večjo kovinskost, zvezde, ki nastanejo iz teh plinov, pa bodo imele večjo kovinskost. Tako bodo tudi vsi planeti, ki se oblikujejo okoli katere koli od teh zvezd. In kamniti planeti, kot je Zemlja, potrebujejo kovine za nastanek.

Planetarne meglice so fascinantne, tudi brez vsega tega podrobnega znanja, ki bi jih razložilo. V astronomskem smislu so le kratki vdihi plina. V hipu tehnološke civilizacije jih ni več.

Več:

• Izjava za javnost: Astronomi secirajo anatomijo planetarnih meglic s pomočjo slik vesoljskega teleskopa Hubble
• AAS predstavitev
• Vesolje danes: Takšna planetarna meglica bo vidna le približno 10.000 let, preden bo izginila