Τα πλανητικά νεφελώματα είναι το φάρμακο πύλης της αστρονομίας. Οι εντυπωσιακές τους μορφές μας κάνουν να αναρωτιόμαστε ποια διαδικασία τα δημιούργησε και τι άλλο συμβαίνει εκεί πάνω στον νυχτερινό ουρανό. Είναι μερικά από τα πιο όμορφα, εφήμερα αντικείμενα σε όλη τη φύση.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είναι υπεύθυνο για πολλά από τα περισσότερα πανέμορφες εικόνες από πλανητικά νεφελώματα . Αλλά οι εικόνες είναι κάτι περισσότερο από συναρπαστικά γλυκά. Αποτελούν τεκμηρίωση μιας περίπλοκης διαδικασίας που εκτυλίσσεται για δεκάδες χιλιάδες χρόνια, σε όλο το Σύμπαν.
Και είναι ένα καμπανάκι θανάτου για το αστέρι που κατοικεί μέσα.
Το όνομα μπορεί να μας απορρίψει. δεν υπάρχει τίποτα πλανητικό σε αυτά. Αλλά οι πρώτοι αστρονόμοι δεν είχαν τις εικόνες υψηλής ανάλυσης που θεωρούμε δεδομένες τώρα. Έπρεπε να κοιτάξουν τον ουρανό μέσα από κάθε είδους σπιτικά μηχανήματα, μερικά καλύτερα από άλλα. Μπορεί να ήταν ο Άγγλος αστρονόμος Ουίλιαμ Χέρσελ ο οποίος επινόησε για πρώτη φορά τον όρο «πλανητικό νεφέλωμα» όταν περιέγραψε τα αντικείμενα ως πλανητικά στην εμφάνιση στη δεκαετία του 1780.
Αλλά δεν υπάρχει τίποτα πλανητικό σε αυτά.
Στην καρδιά κάθε νεφελώματος βρίσκεται ένα αστέρι, που ρίχνει τα αέρια στρώματά του στο διάστημα και φωτίζει αυτές τις νεφελώδεις μορφές με το δικό του φως.
Σε μια προσπάθεια να διευρύνουμε την κατανόησή μας για τα πλανητικά νεφελώματα, μια ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble για να εξετάσει ένα ζευγάρι γνωστών νεφελωμάτων με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Ο κύριος συγγραφέας της νέας εργασίας είναι ο Joel Kastner του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Ρότσεστερ. Ο τίτλος της εφημερίδας είναι ' Πρώτα αποτελέσματα από μια Πανχρωματική Μελέτη Απεικόνισης HST/WFC3 των νέων, ταχέως εξελισσόμενων πλανητικών νεφελωμάτων NGC 7027 και NGC 6302. Δημοσιεύεται στο περιοδικό Galaxies.
Ένα κανονικό αστέρι όπως ο Ήλιος μας έχει μια αρκετά σταθερή, σταθερή ζωή. Μπορεί να περιμένει περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια προβλέψιμης πυρηνικής σχάσης. Αλλά μετά αρχίζει να τελειώνει από υδρογόνο και αυτό σηματοδοτεί μια μεγάλη αλλαγή στην τύχη του.
Κάθε αστέρι είναι μια πράξη εξισορρόπησης μεταξύ της εξωτερικής πίεσης της σύντηξής του και της εσωτερικής πίεσης της δικής του βαρύτητας. Οι δύο δυνάμεις βρίσκονται σε μεγάλο βαθμό σε ισορροπία, και για αστέρια όπως ο Ήλιος, αυτή η ισορροπία διαρκεί πολύ. Όλα όμως έχουν ένα τέλος.
Καθώς το υδρογόνο τελειώνει και το αστέρι χάνει αρκετή μάζα, το αστέρι διαστέλλεται και μετατρέπεται σε α κόκκινος γίγαντας . Αυτή είναι η μοίρα όλων των άστρων ενδιάμεσης μάζας, μεταξύ 1 και 8 ηλιακών μαζών, και είναι η τελική μοίρα του δικού μας Ήλιου.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για έναν κόκκινο γίγαντα αστέρι. Πίστωση: NASA/ Walt Feimer
Μόλις αυτός ο κόκκινος γίγαντας αποβάλει την ατμόσφαιρά του, το μόνο που μένει είναι ο φωτεινός πυρήνας του άστρου. Η υπεριώδης ακτινοβολία από το αστέρι ιονίζει το εκτοξευόμενο αέριο από την ατμόσφαιρα του άστρου. Αυτό το υλικό στη συνέχεια ανάβει, σχηματίζοντας τα όμορφα σχήματα που αφήνονται για να κοιτάξουμε.
Έτσι, οι αστρονόμοι ξέρουν, σε ευρεία λεπτομέρεια, τι συμβαίνει με τα νεφελώματα. Αλλά μερικά από τα πολύπλοκα σχήματα που κάνουν εξακολουθούν να είναι αινιγματικά. Αν και μερικά είναι σφαιρικά, τα περισσότερα από αυτά έχουν πολύ περίπλοκα σχήματα και δομές. Οι ερευνητές πίσω από αυτή τη νέα μελέτη ήθελαν να μάθουν περισσότερα για αυτά τα σχήματα και τι τα προκαλεί.
«Καθώς κατέβαζα τις εικόνες που προέκυψαν, ένιωθα σαν παιδί σε ζαχαροπλαστείο».
JOel Kastner, Επικεφαλής Συγγραφέας, Rochester Institute of Technology
Η δουλειά τους επικεντρώθηκε σε δύο πλανητικά νεφελώματα: NGC 6302 και NGC 7027.
NGC 6302 είναι περισσότερο γνωστό ως το νεφέλωμα της πεταλούδας, ένα εμφανές παρατσούκλι όταν το ρίξετε μια ματιά. Το κεντρικό του αστέρι είναι ένα από τα πιο καυτά αστέρια που γνωρίζουν οι αστρονόμοι και το νεφέλωμα είναι ένα από τα πιο περίπλοκα που έχουν δει ποτέ.
Το Hubble εκπαιδεύτηκε πρόσφατα στο NGC 6302, γνωστό ως «Νεφέλωμα πεταλούδας», για να το παρατηρήσει σε ένα πιο πλήρες φάσμα φωτός, από το σχεδόν υπεριώδες έως το εγγύς υπέρυθρο, βοηθώντας τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τη μηχανική που λειτουργεί στα τεχνικά «φτερά» του. του αερίου. Πίστωση εικόνας: NASA, ESA και J. Kastner (RIT)
NGC 7027 έχει και άλλο όνομα: το κόσμημα του ζωύφιου. Το Jewel Bug είναι ένα από τα νεότερα νεφελώματα, ηλικίας μόλις 600 ετών. Είναι επίσης ένα από τα φωτεινότερα και είναι το πιο εκτενώς μελετημένο νεφέλωμα.
Πρόσφατα, το κεντρικό αστέρι του NGC 7027 εντοπίστηκε σε ένα νέο μήκος κύματος φωτός - σχεδόν υπεριώδες - για πρώτη φορά χρησιμοποιώντας τις μοναδικές δυνατότητες του Hubble. Οι σχεδόν υπεριώδεις παρατηρήσεις θα βοηθήσουν να αποκαλυφθεί πόση σκόνη κρύβει το αστέρι και πόσο καυτό είναι πραγματικά το αστέρι. Πίστωση εικόνας: NASA , ΑΥΤΟ , και J. Kastner (RIT)
Για αυτό το ζεύγος νεφελωμάτων, είναι η πρώτη φορά που μελετώνται σε αυτήν την προβολή πολλαπλών μηκών κύματος. Μόνο το Hubble είναι σε θέση να μελετήσει αυτά τα αντικείμενα ταυτόχρονα από το σχεδόν υπεριώδες έως το εγγύς υπέρυθρο φως.
Όπως είναι προφανές από την εξέταση τους, συμβαίνουν πολλά σε αυτά τα νεφελώματα. Υπάρχουν συστάδες και τρύπες, φυσαλίδες και σερπαντίνες. Οι νέες εικόνες του Hubble δίνουν σε αυτούς τους ερευνητές μια νέα εικόνα για το τι κρύβεται πίσω από όλο αυτό το υπέροχο χάος.
«Όταν κοίταξα στο αρχείο του Hubble και συνειδητοποίησα ότι κανείς δεν είχε παρατηρήσει αυτά τα νεφελώματα με την κάμερα ευρέος πεδίου 3 του Hubble σε όλο το εύρος μήκους κύματος του, έπεσα στο πάτωμα», δήλωσε ο Joel Kastner του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Ρότσεστερ, Ρότσεστερ, Νέα Υόρκη, επικεφαλής της νέα μελέτη. «Αυτές οι νέες παρατηρήσεις του Hubble πολλαπλών μηκών κύματος παρέχουν την πιο ολοκληρωμένη εικόνα μέχρι σήμερα και των δύο αυτών θεαματικών νεφελωμάτων. Καθώς κατέβαζα τις εικόνες που προέκυψαν, ένιωθα σαν παιδί σε ζαχαροπλαστείο».
Οι νέες εικόνες απέδωσαν αμέσως μέρισμα. Έδειξαν ότι και τα δύο νεφελώματα χωρίζονται γρήγορα. Αυτό επέτρεψε στους αστρονόμους να σημειώσουν τις αλλαγές τις τελευταίες δύο δεκαετίες.
«Το νεφέλωμα NGC 7027 δείχνει εκπομπή σε έναν απίστευτα μεγάλο αριθμό διαφορετικών μηκών κύματος, καθένα από τα οποία υπογραμμίζει όχι μόνο ένα συγκεκριμένο χημικό στοιχείο στο νεφέλωμα, αλλά και τις σημαντικές, συνεχείς αλλαγές στη δομή του», είπε ο Κάστνερ.
Ένα από τα περίεργα πράγματα σχετικά με αυτά τα αντικείμενα είναι η μετάβασή τους από έναν κόκκινο γίγαντα, ή Ασυμπτωματικό Giant Branch αστέρι με αργούς αστρικούς ανέμους, στο πρώιμο στάδιο του πλανητικού νεφελώματος με πολύ ταχύτερους ανέμους. Οι άνεμοι επιταχύνονται από περίπου 10–20 km s-1σε περίπου 100–300 km s-1καθώς τα αστέρια ενδιάμεσης μάζας αρχίζουν να πεθαίνουν. Υπάρχει μια ευρεία επιστημονική συναίνεση ότι αυτές οι αλλαγές, και οι μορφές που δημιουργούν, οφείλονται στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ενός δυαδικού ζεύγους αστεριών στα νεφελώματα και όχι ενός μεμονωμένου αστέρα.
Καθώς το ζευγάρι των αστεριών κυκλώνει το ένα το άλλο, τελικά πλησιάζουν αρκετά ώστε να αλληλεπιδράσουν. Η αλληλεπίδραση παράγει έναν δίσκο αερίου γύρω από το ένα ή και τα δύο αστέρια. Αυτός ο δίσκος γίνεται τότε η πηγή αερίου που εκπέμπεται από το κεντρικό αστέρι, σχηματίζοντας τα πολύπλοκα μοτίβα που βλέπουμε.
Το ζευγάρι των αστεριών μπορεί επίσης να έχει άλλη αλληλεπίδραση. Εάν το μικρότερο από το δυαδικό ζεύγος των αστεριών συγχωνευθεί με το διογκωμένο αδερφάκι του, μπορεί να δημιουργήσει εκροή πίδακες υλικού και με την πάροδο του χρόνου αυτά τα αστεία μπορούν να ταλαντευτούν. Η ταλάντευση μπορεί να δημιουργήσει συμμετρία, όπως τα «φτερά» του νεφελώματος της πεταλούδας. Αυτοί οι τύποι πτερυγίων εκροών πίδακων είναι συνηθισμένοι στα νεφελώματα.
Πολλά πλανητικά νεφελώματα έχουν περίπου συμμετρικό σχήμα. Από αριστερά προς τα δεξιά: το νεφέλωμα Twin Jet, το Νεφέλωμα της Κλεψύδρας και το Νεφέλωμα Calabash. Συντελεστές εικόνας: NASA/ESA/Hubble.
«Η υπόθεση της συγχώνευσης αστεριών φαίνεται η καλύτερη και απλούστερη εξήγηση για τα χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στα πιο ενεργά και συμμετρικά πλανητικά νεφελώματα».
Bruce Balick, Συν-Συγγραφέας, Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον
Το θέμα είναι ότι κανείς δεν έχει δει ποτέ τους συντρόφους σταρ. Αλλά εξακολουθεί να είναι η καλύτερη εξήγηση, σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα Bruce Balick του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ.
«Τα ύποπτα συνοδό αστέρια στο NGC 6302 και το NGC 7027 δεν έχουν εντοπιστεί άμεσα επειδή βρίσκονται δίπλα, ή ίσως έχουν ήδη καταποθεί από, μεγαλύτερα ερυθρά αστέρια γίγαντα, ένα είδος αστεριού που είναι εκατοντάδες έως χιλιάδες φορές φωτεινότερο από το Ήλιος», είπε ο Μπάλικ σε ένα δελτίο τύπου . «Η υπόθεση της συγχώνευσης άστρων φαίνεται η καλύτερη και απλούστερη εξήγηση για τα χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στα πιο ενεργά και συμμετρικά πλανητικά νεφελώματα. Είναι μια ισχυρή ενωτική ιδέα, μέχρι στιγμής χωρίς αντίπαλο».
Στην εικόνα του νεφελώματος της πεταλούδας, το Hubble χρησιμοποίησε ένα φίλτρο που καταγράφει την εκπομπή κοντά στο υπέρυθρο από μεμονωμένα ιονισμένα άτομα σιδήρου. Αυτό το σίδερο εμφανίζεται ως ένα κόκκινο σχήμα «S», που «ιχνογραφεί το νότιο εσωτερικό του χείλους του ανατολικού λοβού και το βόρειο εσωτερικό του χείλους του δυτικού λοβού», όπως γράφουν οι συγγραφείς της μελέτης.
Το S είναι αέριο που εκτοξεύεται από την κεντρική περιοχή με υψηλή ταχύτητα.
Μια εικόνα από τη μελέτη. Έγχρωμη επικάλυψη των εικόνων στενής ζώνης HST/WFC3 του Κύκλου 27 του NGC 6302, του νεφελώματος της πεταλούδας. Το φίλτρο F343N ([Ne v]) είναι μπλε, το F128N (Pa?) είναι πράσινο και το F164N ([Fe ii]) είναι κόκκινο. Βορράς είναι πάνω και ανατολικά είναι αριστερά. Πίστωση εικόνας: NASA/ESA/Hubble, Kastner et al, 2020.
«Το σχήμα S στην εκπομπή σιδήρου από το νεφέλωμα της πεταλούδας είναι ένα πραγματικό κάλυμμα», είπε ο Κάστνερ. Το σχήμα S εντοπίζει άμεσα τις πιο πρόσφατες εκτοξεύσεις από την κεντρική περιοχή, καθώς οι συγκρούσεις μέσα στο νεφέλωμα είναι ιδιαίτερα βίαιες σε αυτές τις συγκεκριμένες περιοχές του NGC 6302. «Αυτή η εκπομπή σιδήρου είναι ένας ευαίσθητος ιχνηλάτης ενεργητικών συγκρούσεων μεταξύ πιο αργών ανέμων και γρήγορων ανέμων από τα αστέρια», εξήγησε ο Μπάλικ. «Συνήθως παρατηρείται σε υπολείμματα σουπερνόβα και ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες και εκροές πίδακες από νεογέννητα αστέρια, αλλά πολύ σπάνια παρατηρείται σε πλανητικά νεφελώματα».
«Το γεγονός ότι η εκπομπή σιδήρου εμφανίζεται μόνο κατά μήκος αυτών των αντίθετων, εκτός κέντρου κατευθύνσεων υποδηλώνει ότι η πηγή των γρήγορων ροών ταλαντεύεται με την πάροδο του χρόνου, σαν μια περιστρεφόμενη κορυφή που πρόκειται να πέσει», πρόσθεσε ο Kastner. 'Αυτό είναι ένα άλλο ενδεικτικό σημάδι της παρουσίας ενός δίσκου, που κατευθύνει τη ροή, καθώς και ενός δυαδικού συνοδού.'
Το Jewel Bug Nebula, ή NGC 7027, δεν έχει τους συμμετρικούς πίδακες εκροής του αντίστοιχου. Για αιώνες φυσάει αέριο σε σχεδόν σφαιρικό σχήμα. Αυτό φαίνεται ως οι ομόκεντροι δακτύλιοι στο εξωτερικό του νεφελώματος. Αλλά αυτό άλλαξε τον τελευταίο καιρό.
«Από ορισμένες απόψεις, οι αλλαγές μέσα σε αυτό το νεφέλωμα είναι ακόμη πιο δραματικές από αυτές εντός της Πεταλούδας», είπε ο Κάστνερ. «Πρόσφατα κάτι χάλασε στο κέντρο, δημιουργώντας ένα νέο σχέδιο τριφυλλιού, με σφαίρες υλικού να εκτοξεύονται προς συγκεκριμένες κατευθύνσεις».
Μια εικόνα της μελέτης. Έγχρωμη επικάλυψη των εικόνων στενής ζώνης του κύκλου 27 HST/WFC3 του NGC 7027. Το φίλτρο F343N ([Ne v]) είναι μπλε, το F502N ([O iii]) είναι πράσινο και το F164N ([Fe ii]) είναι κόκκινο. Βορράς είναι πάνω και ανατολικά είναι αριστερά. Πίστωση εικόνας: NASA/ESA/Hubble; Kastner et al, 2020.
Τα περίπλοκα και εντυπωσιακά μοτίβα στο νεφέλωμα Jewel Bug πιθανότατα έχουν διαφορετική αιτία. Εξακολουθούν να δημιουργούνται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ δύο αστεριών. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, ένα κόκκινο αστέρι γίγαντας μπορεί να έχει καταπιεί τον σύντροφό του.
'Έχουμε μια κρυφή υποψία ότι αυτό το νεφέλωμα είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του τι συμβαίνει όταν ένα κόκκινο γίγαντας αστέρι καταπιεί απότομα έναν σύντροφο', δήλωσε ο συν-συγγραφέας Rudolfo Montez Jr. Ο Montez Jr. είναι από το Κέντρο Αστροφυσικής | Harvard & Smithsonian.
Τα νεφελώματα σε αυτή τη μελέτη είναι δύο από τα νεότερα και τα πιο γρήγορα εξελισσόμενα πλανητικά νεφελώματα που γνωρίζουμε. Για δεκαετίες, αυτό το ζευγάρι έχει χρησιμεύσει ως σημείο αναφοράς στη μελέτη των νεφελωμάτων. Αντιπροσωπεύουν δύο κατηγορίες πλανητικών νεφελωμάτων, και τα δύο διαμορφωμένα από διαφορετικές αλληλεπιδράσεις δυαδικών ζευγών. Είναι δομικά πολύπλοκα και γεμάτα επιστημονικές λεπτομέρειες.
Είναι επίσης απλά όμορφα.
Περισσότερο:
- Δελτίο τύπου: Το HUBBLE ΠΑΡΕΧΕΙ ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΑΠΟΨΗ ΤΩΝ ΑΣΤΕΡΩΝ ΠΟΥ ΕΧΟΥΝ ΚΑΤΑΦΕΡΕΙ
- Ερευνητική εργασία: Πρώτα αποτελέσματα από μια Παγχρωμική Μελέτη Απεικόνισης HST/WFC3 των νέων, ταχέως εξελισσόμενων πλανητικών νεφελωμάτων NGC 7027 και NGC 6302
- Σύμπαν σήμερα: Ένα πλανητικό νεφέλωμα σαν αυτό θα είναι ορατό μόνο για περίπου 10.000 χρόνια πριν εξαφανιστεί