科學家通過詹姆斯·韋伯望遠鏡捕捉到的南門星雲中發現了隱藏的結構||2024 James Webb Space Telescope

2024年5月9日
南环星云,位于船帆座,是一个距离我们约2000光年的行星状星云,它并非与行星有关,而是类太阳恒星生命末期的壮丽展现。科学家们通过最新的观测数据发现,星云中心可能存在一个包含三颗恒星的系统,其中最重的恒星可能已经走到了生命的尽头。
罗切斯特理工学院的乔尔·卡斯特纳教授领导的科研团队,使用位于夏威夷的亚毫米波阵列(SMA)对星云进行了细致的观测。SMA能够探测到星云内部的一氧化碳气体,通过观测一氧化碳,科学家们可以间接了解星云中其他难以直接观测的分子气体。观测结果揭示了一氧化碳分子的分布和速度,为构建南环星云的三维动态模型提供了宝贵线索。
科学家们提出了一个三恒星系统的假设,其中最重的恒星可能已经走到了生命的尽头,其他恒星可能因为距离过近或光线过弱,难以被分辨。此外,观测显示星云的环正在扩张,这是星云在最终消散之前会慢慢增长的正常现象。然而,数据还揭示了一个惊喜:研究人员不仅能够展示我们所见的环只是一个双极星云的叶瓣,而且他们还发现了一个与第一个垂直的第二个环。
这些发现表明,南环星云的核心很可能存在三颗恒星,其中最重的一颗已经走到了生命的尽头。这种恒星三重奏的存在,以及它们之间的相互作用,可能是星云复杂结构形成的原因。此外,这些发现也促使天文学家重新审视其他一些已知的环状星云,看看是否也存在类似的结构。
行星状星云不仅仅是恒星的死亡,它们也承载着新生命的希望。当一个膨胀的行星状星云散布到星际空间时,它将这些分子散布到宇宙中,为形成下一代恒星和行星提供原料。地球上所有比氢和氦重的元素都起源于恒星内部,当这些恒星死亡时被喷射到太空中。因此,我们确实是星尘,是恒星死亡和重生循环的一部分。
这些发现发表在4月2日的《天体物理学报》上,为我们理解恒星的生命周期、星云的结构和宇宙的演化提供了新的视角。
南環星雲一個位於船帆座的宏偉天體
以其波瀾壯闊的形態和神祕的內在結構
吸引着天文學家的目光
這個距離我們約2000光年的行星狀星雲
並非與行星有任何聯繫
而是一顆類太陽恆星生命末期的絢爛綻放
在它的心臟深處
科學家們通過最新的觀測數據
揭示了一個驚人的祕密
一個可能包含三顆恆星的系統
爲了深入探索星雲的分子氣體成分
由羅切斯特理工學院的喬爾卡斯特納教授領導的科研團隊
利用位於夏威夷穆納科亞休眠火山上的亞毫米波陣列
進行了細緻的觀測
SMA由八個射電望遠鏡組成
它們協同工作
能夠探測到星雲內部的一氧化碳氣體
一氧化碳與氫和其他分子氣體混合存在
因此通過觀測一氧化碳
科學家們可以間接瞭解
星雲中其他難以直接觀測的分子氣體
SMA的觀測結果不僅揭示了一氧化碳分子的分佈
還測量了它們的速度
從而揭示了星雲內部不同區域的動態變化
哪些區域的氣體正在向我們移動
哪些正在遠離
這些數據爲科學家們提供了寶貴的線索
幫助他們構建起南環星雲的三維動態模型
根據這個模型的數據
科學家們提出了一個三恆星系統的假設
而且其中最重的恆星可能已經走到了生命的盡頭
其他恆星或許因爲距離過近或光線過弱
難以被分辨
卡斯特納在新聞發佈會上說
微薄望遠鏡向我們展示了氫分子
以及它們在天空中的堆疊方式
而亞毫米波陣列向我們展示了
在微薄太空望遠鏡圖像中
看不見的更冷的一氧化碳
正如南環星雲的名字所示
它主要是呈環狀形狀
SMA的觀測顯示
這個環正在擴張
這是意料之中的
因爲星雲在最終消散之前會慢慢增長
然而數據還允許卡斯特納的團隊
創建了星雲分子骨架的三維地圖
這帶來了一個驚喜
研究人員不僅能夠展示我們所見的環
只是一個雙極星雲的夜半
從端部看
而且他們還發現了一個
與第一個垂直的第二個環
當我們開始在3D中轉動整個星雲時
我們立即看到它確實是一個環
然後我們驚訝地看到還有另一個環
卡斯特納說
整個奇特的排列描繪了一個迷人的故事
不是一顆甚至不是兩顆
而是很可能三顆恆星位於星雲的核心
如果這三顆恆星真的存在
其中最重的一顆將已經走到了生命的盡頭
但這個恆星三重奏很可能要麼彼此太近
要麼太微弱
即使通過JWST也無法單獨分辨
越來越多的證據表明
一些行星狀星雲
至少是那些具有複雜結構的星雲
是由中心垂死恆星的半星干擾形成的
對於南環星雲卡斯特納的團隊提出
一個由緊密雙星組成的三重系統
被一個更遙遠的第三顆恆星所環繞
其軌道半徑爲60天文單位的雙星
南環星雲的兩個夜半
有一個狹窄的或收縮的腰圍
像一個沙漏
這是從雙星系統發出的行星狀星雲的常見特徵
其中一個恆星正在結束其生命
雙星半星能夠將垂死恆星脫落的物質
引導到沿着極地而非赤道方向逃逸
形成兩個夜半
JWST的中紅外觀測支持這一假設
發現來自中星恆星系統的紅外光過亮
這是由紅巨星和緊密雙星半星之間的相互作用
形成的塵埃盤的經典標誌
那麼這就解釋了第一個環的起源
團隊表示
第二個環的起源則不那麼確定
儘管南環星雲看起來是雙夜狀
但一些物質必須以大致球形
或橢圓形的包層形式被排放出來
這是由紅巨星拋出的物質
這可能是其最後一次快速的質量損失事件
留下了白矮星
雙星系統產生了一系列快速狹窄的噴射流
但如果存在第三顆恆星
那麼這顆額外恆星的引力
將作用於內部雙星
導致噴射流的方向擺動
就像一個旋轉的陀螺
這些靜動的噴射流
將在星雲的橢圓形組成部分中
雕刻出一個圓形空洞
從而創造出第二個環
卡斯特納強調
這種解釋仍然是推測性的
但星雲的中心電離腔
在其結構中確實承載了這種噴射流的證據
其他環狀的行星狀星雲
如螺旋星雲
我們正在向下看一個夜半的末端
在南環星雲中發現第二個環
或者現在應該是負數的環
正在促使天文學家重新審視
其他一些衆所周知的環狀星雲
看看它們是否也錯過了它們的第二個環
行星狀星雲不僅僅標誌着恆星的死亡
它們也承載着新生命的希望
從字面上看
宇宙中的碳、氧和氮來自哪裏
卡斯特納想知道
我們看到它們是在垂死的類似太陽的恆星中產生的
就像剛剛死去並創造了南環的那顆恆星
當一個膨脹的行星狀星雲散佈到星際空間時
它將這些分子散佈到宇宙中
它們最終會進入形成下一代恆星和行星的巨大分子云中
很多這種分子氣體最終會進入行星大氣層
大氣層可以支持生命
卡斯特納說
事實上地球上所有比輕和亥重的元素
都起源於恆星內部
當這些恆星死亡時被噴射到太空中
我們確實是星辰
正如許多專家所喜歡的那樣說
所以當我們對南環等星雲中恆星死亡的美麗感到驚歎時
我們也可以想象它作爲一個恆星鳳凰
有一天將從灰燼中崛起
重新開始恆星誕生和死亡的循環
用太空堡壘卡拉迪迦的話來說
所有這一切都發生過
所有這一切都將再次發生
這些發現發表在4月2日的《天體物理學報》上
再會