8 Minutės
James Webb kosminio teleskopo naujos infraraudonųjų spindulių nuotraukos praskleidė dulkes ir dujas aplink NGC 6537, vadinamąją Raudonosios Vorų Miglą, atskleisdamos energingą centrinį regioną ir raižytas struktūras, kurios rodo, kad mirštančią žvaigždę formuoja nematomas palydovas arba kiti procesai. Šios naujos JWST nuotraukos suteikia naują, gilų žvilgsnį į žvaigždžių evoliucijos pabaigos stadijas, dulkų formavimąsi ir molekulinių emisijų išsidėstymą.
Infraraudonoji vizija atskleidžia įkaitusį branduolį
NGC 6537 klasifikuojama kaip planetarinė migla — terminas, kilęs iš senų teleskopų stebėjimų, nes šie objektai neturi tiesioginio ryšio su planetomis. Planetarinės miglos susidaro tada, kai Saulės tipo žvaigždės išeikvoja branduolinį kurą, išsiplečia į raudonuosius milžinus ir galiausiai išmeta savo išorinius sluoksnius. Atsidengęs karštasis branduolys intensyviai apšviečia išmestas dujų sluoksnius ultravioletiniais spinduliais, todėl apvalkalas šviečia per gana trumpą laiko tarpą astronominiu mastu — dešimtis tūkstančių metų.
Webb teleskopo Near InfraRed Camera (NIRCam) perkelia stebėjimus iš optinio spektro į infraraudonąją sritį, kur šaltos dulkės ir šiltos dujos dažnai atrodo ryškesnės. Ten, kur Hubble optiniuose vaizduose matė tik blankią mėlyną centrinę žvaigždę, Webb aptinka raudoną, dulkėmis prisidengusį šaltinį — tai suderinama su kompaktišku karštų dulkių disku, besisukančiu aplink centrinį žvaigždės likučio branduolį. Toks dulkių diskas spindi infraraudonaisiais ilgiais net tada, kai jis lieka nematomas optiniuose bangų ilgiuose.
Priešingai nei optiniai stebėjimai, infraraudonieji duomenys leidžia peržvelgti storas dulkėtas apdangas ir įvertinti tiek šiluminius procesus, tiek molekulines emisijas. NIRCam jautrumas suteikia galimybę ne tik lokalizuoti šaltinį, bet ir vertinti dulkių temperatūrą, jų išsidėstymą bei galimą akrecijos ar orbitinio disko dinamiką. Tai svarbu suprasti, ar centrinės žvaigždės aplinkoje formuojasi stabilus diskas, kuriame gali susikaupti medžiaga ir lemti asimetrišką išmetimą.
Slaptingas formuotojas: užuominos apie dvejetainę žvaigždę
Miglos dramatiška laikrodžio stiklo arba dvipusė (bipolinė) forma — siauras „liemenis“ ir platūs laisvės plyšiai — yra stipri morfologinė užuomina, kad šioje sistemoje gali būti antra žvaigždė. Dvejetainės žvaigždžių sistemos gali suteikti momentą arba suktis taip, kad išmetami pluoštai ir vėjai kryptingai nukreipiami, suformuodami suspaustus liemenis ir simetriškas lobes. Gerai žinomas pavyzdys yra Drugelio migla (Butterfly Nebula), kur palydovas kartu su tankaus dulkinio diržo juosta suformuoja ryškią siluetą.
NGC 6537 atveju tiesiogiai matoma tik viena žvaigždė, tačiau erdvinė geometrija, simetrija ir aptikti greiti, kolimuoti (siauri ir tarpusavyje nusistovėję) strėlių srautai stipriai rodo, kad turi būti partneris, besislepiantis netoli branduolio. Tokie strėlės tipo projektai dažnai susidaro, kai materialas akumuliuojasi ant palydovo arba disko, o vėliau išlekia per labai siaurą kanalą, formuodami greitas, kolimuotas jonizuotų dalelių pluoštus.
Šie pluoštai, Webb vaizduose nustatomi pagal jonizuoto geležies emisiją (pvz., [Fe II] linijos infraraudonajame spektre), sudaro pailgą violetinę „S“ raidės formą ir smogia į ankstesnį, lėtesnį išmetamą medžiagos sluoksnį. Susidūrimai tarp greitų ir lėtų komponentų sukuria bangavimus, smūgines bangas ir šoko frontus, kuriuos dabar galima aiškiai užfiksuoti tiek vaizdiniuose, tiek spektriniuose duomenyse. Tokie reiškiniai leidžia tyrėjams atsekti masės išmetimo istoriją, nustatyti srauto greičius ir gauti informaciją apie magnetinius ar hidrodinaminius procesus, formuojančius nebula morfologiją.
Ši nuotrauka vaizduoja bipolinę planetarinę miglą NGC 6537, užfiksuotą Naujosios technologijos teleskopu (New Technology Telescope) ESO La Silla observatorijoje. (ESO)
Nors tiesioginis palydovo atvaizdas gali būti uždengtas dulkių ir šviesos difuzijos, geometrija — siauras centrinis regionas ir simetriškos iškyšos — kartu su spektrinėmis linijomis padeda sudaryti modeliukus, kaip galėjo vystytis ši sistema. Dvigubos žvaigždės įtaka dažnai aptinkama per pakeistus greičius, asimetrijas masės pasiskirstyme ir ašinių kampų nustatymus naudojant doplerio poslinkio analizę.
„Kojų“ sistema atsekta molekuliniu vandeniliu
Vienas iš labiausiai įspūdingų Webb atradimų yra miglos didžiulės „kojos“ — burbulinės formos lobės, besitęsiančios maždaug po tris šviesmečius. Webb plataus lauko vaizdai pirmą kartą fiksuoja šias pilnas struktūras, o lobes apibūdina molekulinis vandenilis (H2): du vandenilio atomai, susijungę į molekulę, kuri infraraudonajame spektre sklinda ryškų spindesį. Kompozitiniuose vaizduose šios H2 emisijos dažnai atvaizduojamos mėlyna spalva, o uždaros burbulinės struktūros atrodo tarsi išpūstos ilgų trukmės, tūkstantmečius trukusio išmetimo veiklos dėka.
Molekuliniu vandeniliu žymimos sritys išsaugo informaciją apie ankstesnius masės praradimo etapus ir susidūrimus: kur senesni, lėti ir tankūs sluoksniai susidūrė su naujesniais, greitesniais vėjais ir strėlėmis. Tokiu būdu susiformuoja daugiapakopis, sudėtingas apvalkalas, įrašantis žvaigždės paskutiniųjų gyvavimo fazių dinamiką. H2 emisijos linijų erdviniu paskirstymu galima nustatyti, kurios sritys patyrė šilta ir šalto gazo sąveiką, kur vyko šoko jonizacija ir kur išliko molekulinis komponentas.
Molekulinių emisijų detali analizė, ypač pagal spektrines linijas už infraraudonųjų ribų (pvz., H2 2.12 µm), leidžia astronomams nustatyti temperatūras, tankius ir srauto greičius. Be to, molekulinis vandenilis dažnai žymi apsaugotas sritis, kur dulkės taip pat išliko ir gali sudaryti chemizę, kuri vėliau prisideda prie tarpžvaigždinės terpės (ISM) cheminio pasisotinimo. Tai ypač svarbu, nes planetarinės miglos atsakingos už sunkiųjų elementų išnešimą į tarpžvaigždinę terpę, prisidedant prie tolesnio žvaigždžių ir planetų susidarymo ciklų.
Hubble kosminio teleskopo optinių bangų ilgiuose užfiksuota Drugelio migla. Centre matyti storas tamsus dulkių diržas, kuris aiškiai formuoja siluetą. (ESA/Webb, NASA & CSA, K. Noll, J. Kastner, M. Zamani/CC BY 4.0)
Webb ir Hubble duomenų palyginimas leidžia mokslininkams susieti molekulinius, infraraudonuosius signalus su optinėmis struktūromis. Tokia daugiabangė analizė padeda išskirti, kurios sritys yra jonizuotos, kurios lieka molekulinės, ir kaip skirtingi sluoksniai sąveikavo per laiką. Toks integruotas požiūris — daugiajuostė infraraudonoji ir optinė analizė — yra būtinas norint sukurti 3D modeliukus ir sudėtingas hidrodinamines simuliacijas, paaiškinančias miglos raidą.
Kodėl šie stebėjimai svarbūs
Tyrinėjant objektus, kaip NGC 6537, astronomai gali perskaityti paskutines žvaigždžių evoliucijos knygos skyrius. Diskų, strėlių (jetų) ir dvejetainių sąveikų tarpusavio ryšys nulemia miglos morfologiją ir tai, kaip medžiaga sugrįžta į tarpžvaigždinę terpę praturtinta sunkiųjų elementų. Webb jautrumas dulkėms ir molekulėms suteikia išsamesnį fizinį vaizdą nei vien tik optiniai vaizdai — tai leidžia fiksuoti tiek atskirus šaltinius, tiek plačias struktūras, kurios formuojasi žvaigždės paskutinėse stadijose.
Šios stebėjimų serijos yra dalis programos, vadovaujamos J. Kastner, kuria siekiama suprasti, kaip bipolinės planetarinės miglos įgyja savo formas per kryptinius išmetimus ir strėlių aktyvumą. Derindami infraraudonąsias nuotraukas su tolesne spektroskopija, tyrėjai gali išmatuoti greičius, cheminę sudėtį ir temperatūras — pagrindines sudedamąsias dalis, reikalingas mechanikos modeliavimui ir procesų interpretacijai.
Spektrinė analizė suteikia galimybę matuoti Doplerio poslinkius, nustatyti pluoštų ir lobų radialinius greičius bei surinkti duomenis apie jonizacijos būsenas. Tai leidžia atskirti senesnius, lėtesnius išmetimus nuo naujesnių, greitų strėlių ir suprasti, kaip energija ir momentas buvo perduodami per laiką. Be to, infraraudonieji prietaisai, tokie kaip NIRCam ir spektra-spektrografai, atveria galimybes tirti molekulinių junginių cheminę sudėtį — pvz., anglies, azoto, deguonies derinius, kurie turi įtakos tarpininkavimo procesams ISM.
Pasekmės mūsų Saulės ateičiai
Nors Saulė nesukurs identiškos NGC 6537 struktūros, veikiančios mechanikos — apvalkalo išmetimas, dulkių formavimasis ir formavimąsi lemiantys veiksniai, tokie kaip palydovai ir strėlių srautai — yra tie procesai, kurie galiausiai nulems ir mūsų žvaigždės galutinę išorinę raišką po kelių milijardų metų. Webb vaizdai pateikia aiškesnį šių tolimesnių įvykių persekiojimą ir leidžia geriau suprasti mirštančių žvaigždžių fizinius mechanizmus.
Tyrimai kaip šis leidžia numatyti, kaip Saulės tipo žvaigždė metamorfosis metu paveiks aplinkinę aplinką, kokius kiekius cheminių elementų ji grąžins į tarpžvaigždinę terpę ir kaip tai prisidės prie tolesnių žvaigždžių bei planetų formavimosi. Be to, supratimas apie dvejetainių sistemų vaidmenį ir disko dinamiką yra svarbus ne tik planetarinių miglų, bet ir platesnių žvaigždžių evoliucijos modelių kontekste.
Ateities tyrimai, apimantys daugiajuostes infraraudonąsias kartografijas, aukštos raiškos spektroskopiją ir laiko variacijų monitoringo kampanijas, leis dar geriau atsekti šių sistemų evoliuciją. Tokie daugelio instrumentų ir observatorijų deriniai — JWST, Hubble, ESO žemės stebėjimai ir kiti kosminiai teleskopai — suteiks pilnesnį ir patikimesnį vaizdą apie tai, kaip susidaro ir keičiasi planetarinės miglos kaip NGC 6537.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą