7 Minutės
James Webb kosminis teleskopas pateikė naują, itin artimą Helikso ūko — vadinamojo „Saurono akies“ — vaizdą, atskleidžiantį sudėtingas struktūras saulės tipo žvaigždės mirštančiame apvalkale. Šios naujos infraraudonosios palydovinės nuotraukos pagilina mūsų supratimą apie tai, kaip žvaigždės, panašios į Saulę, išmeta medžiagą ir užpila Galaktiką elementais, reikalingais būsimoms planetoms ir galimai gyvybei.
Kairėje pusėje matoma Helikso ūko nuotrauka yra iš ESO VISTA teleskopo Čilėje — vaizdo ir infraraudonųjų spindulių teleskopo su 4,1 metro pagrindiniu veidrodžiu. Dešinėje pateikta JWST nuotrauka, užfiksuota NIRCam instrumentu.
Kodėl Helikso ūkas yra svarbus — ką rodo JWST
Planetariniai ūkai yra trumpa ir ryški žvaigždžių, panašių į Saulę, gyvenimo stadija. Kai žvaigždės branduolyje išsenka vandenilinis kuras, ji išsiplečia į raudonąją milžinę ir galiausiai atmeta išorinius sluoksnius. Karštas žvaigždės likutis — baltoji nykštukė — apšviečia išmestos dujas intensyvia ultravioletine spinduliuote, verčia jas švytėti ir sukuria sluoksniuotas, spalvotas apvalkales, kurias astronomai vadina planetariniais ūkais. Šis procesas yra ne tik vizualiai dramatiškas, bet ir fiziškai sudėtingas: radiacija, šiluma, molekulės ir dulkės kartu formuoja matomas bei nematomas struktūras, kurias dabar infraraudonajame diapazone fiksuoja Webb teleskopas.
Helikso ūkas, esantis maždaug už 650 šviesmečių Žuvų (Aquarius) žvaigždyne, yra vienas artimiausių ir daugiausiai tyrimų sulaukusių pavyzdžių. Jo pažįstamas, „akis“ primenantis siluetas ilgą laiką buvo mėgstamas tikslas tiek Hubble kosminiam teleskopui, tiek žemės stebėjimo observatorijoms. Dabar JWST jautrumas artimajam infraraudonajam diapazonui atskleidžia smulkias struktūras ūke, kurias optiniai teleskopai dažnai praleidžia arba mato labai neaiškiai. Šios detalės suteikia papildomą kontekstą apie molekulines linijas, šiltos dulkės emisiją ir sudėtingą gijų bei mazgų geometriją.
Hubble nuotrauka, rodanti Helikso ūką optiniame diapazone.
Tarp ryškiausių bruožų yra tūkstančiai tankių, kometos formą primenančių mazgų, įterptų į švytinčias dujas. JWST NIRCam instrumentas išsprendžia šiuos kometinius mazgus su neregėta aiškumu, leidžiančiu astronomams detaliai tirti jų formą, dydį ir mechanizmus, pagal kuriuos jie išgyvena griežtą spinduliuotę iš centrinės žvaigždės. Dėl šio naujo matymo astronomai gali skirti daugiau dėmesio molekuliniam turiniui, dulkėms ir galimiems chemijos pokyčiams šiame transformacijos etape.
Kometariniai mazgai: kosminiai išgyventojai prie priešiško vėjo
Kometariniai mazgai — kartais trumpai vadinami globulėmis — yra kompaktiškos tankesnės medžiagos sankaupos, įterptos į difuzinę ūko dujų terpę. Helikso ūke jų skaičius vertinamas maždaug ~40 000. Kiekvienas mazgas paprastai turi ryškų, ionizuotą „galvutę“, nukreiptą link centrinės žvaigždės, ir silpnesnį „uodegos“ ruožą, nusidriekusį tolyn, primenantį kometas, skriejančias per žvaigždžių vėją. Šie objektai yra įdomūs ne tik dėl jų vaizdo — jie atskleidžia sąveikų tarp radiacijos slėgio, šilumos ir medžiagos mechanikos detales.
Nors kiekvieno mazgo dydis gali būti panašus arba net didesnis už Sauliaus sistemos ribas (apimantis net iki Plutono orbitos), jų bendra masė yra labai menka, palyginti su žvaigždės mase. Jų išlikimas priklauso nuo pusiausvyros tarp išorinių, į išorę stumiančių žvaigždžių vėjų ir pačių mazgų vidinės tankio paramos ar magnetinių laukų prisidėjimo. JWST infraraudonasis žvilgsnis pramuša dulkes ir parodo molekulinius bei šilumos dulkų emisijos bruožus, suteikiančius astronomams informaciją apie cheminę sudėtį, temperatūrą ir fizinę struktūrą, kurią optinė šviesa dažnai paslepia arba iškreipia.
Artintas vaizdas, pabrėžiantis kometinius mazgus Helikso ūke.
Ką struktūros pasakoja apie žvaigždės mirtį ir medžiagų perdirbimą
Helikso ūkas yra palyginti brandus planetarinis ūkas — jo amžius vertinamas maždaug 10 000–12 000 metų diapazone. Jo pirmtakas pradėjo mesti sluoksnius galbūt prieš 15 000–20 000 metų. Per ateinančius kelis dešimtis tūkstančių metų ūkas išsiplės, atvės ir susilpnės, kai centrinė baltoji nykštukė praras ryškumą. Galiausiai išmestos dujos susilies su taragalaktine terpė — taip atiduodamos į Galaktikos „apetitą“ sunkesniems cheminiams elementams, pagamintiems žvaigždės gyvenimo metu.
Tas procesas yra kertinis kosminės cheminės evoliucijos elementas. Išmetamos dujos perneša sunkesnius elementus, susidariusius žvaigždės branduolyje ir apvalkaluose — anglies, azoto, deguonies ir kitų cheminių elementų mišinius — kurie vėliau praturtina tolimesnę žvaigždžių ir planetų formaciją. Kitaip tariant, planetariniai ūkai yra ir pabaiga, ir pradžia: žvaigždės paskutinis „atodūsis“, galintis suteikti medžiagų naujiems pasauliams. Iš Tokios perspektyvos stebėjimai, tokie kaip JWST pateikiami duomenys apie kometinius mazgus, padeda modeliuoti medžiagų grįžimą į tarpžvaigždinę terpę ir įvertinti, kaip efektyviai molekulės ir dulkės išgyvena šiuos agresyvius išmetimo etapus.
Ryšys su Saulės ateitimi
Mūsų pačios Saulės transformacija bus panaši po kelių milijardų metų. Išeidama iš pagrindinės sekos ir tampanti raudonąja milžine, Saulė praras išorinius sluoksnius, kurie suformuos planetarinį ūką, apšviestą traukiančios baltoji nykštukės šerdies. Tas nykštukės likutis ilgą laiką skleisis išlikusią šilumą, o ūko dujos palaipsniui susimaišys su Galaktikos terpėmis. Šių procesų tyrimai suteikia mums tiesiogines vizualines ir fizines nuorodas į tai, kaip medžiaga iš Saulės (anglis, deguonis, azotas ir kt.) gali grįžti atgal į ciklą ir prisidėti prie būsimų planetų sudėties.
Spalvos, gijų struktūra ir mazgų pasiskirstymas tokiose sistemose kaip Helikso ūkas yra iš esmės Saulės būsimos lemties „momentinė nuotrauka“ — vertinga informacija, padedanti suprasti ilgalaikę žvaigždžių evoliuciją, cheminių elementų kilmę Žemėje ir mechanizmus, kuriais medžiagos tampa prieinamos naujiems planetų kūrimo etapams. Šie stebėjimai taip pat leidžia palyginti teorinius modelius su realiomis struktūromis ir įvertinti, kurios fizikinės prielaidos geriausiai atitinka stebimus duomenis.
Misinės kontekstas ir JWST techninės pranašybės
JWST stebi daugiausia infraraudonajame diapazone, o tai suteikia du pagrindinius pranašumus planetarinių ūkų tyrimams. Pirma, infraraudonieji ilgio bangų intervalai prasiskverbia per dulkes, kurios optiniame diapazone užstoja ir iškreipia raiškiausias ypatybes. Antra, daugelis molekulių ir šiltesnių dulkių grūdelių stipriai skleidžia signalą artimajame ir vidutiniame infraraudonajame diapazone, tad instrumentai kaip NIRCam ir MIRI gali užfiksuoti emisijos linijas ir kontinuumą, kurie atskleidžia mazgų ir siūlų temperatūrą, tankį bei cheminę sudėtį.
Kai lyginame JWST su Hubble, svarbu pažymėti, kad JWST „atidavė“ geresnę optinę raišką mainais už didesnį jautrumą ilgesnėms bangoms ir didesnį šviesos surinkimo plotą. Toks derinys idealiai tinka tyrinėti silpną, struktūruotą emisiją artimuose ūkuose ir puikiai papildo Hubble suteiktą detalią optinę morfologiją. Žemės stebėjimo teleskopai, tokie kaip ESO VISTA, taip pat prideda naudingą plataus lauko infraraudoną kontekstą, padedant sujungti smulkių savybių tyrimus su platesne ūko apvalkalo geometrija ir evoliucija.
Ekspertų įžvalgos
„JWST suteikia mums naują akių rinkinį objektams, kuriuos studijavome dešimtmečius,“ teigia dr. Maya Chen, stebimųjų astronomė, besispecializuojanti išsivysčiusių žvaigždžių tyrimuose. „Teleskopo infraraudonasis jautrumas leidžia identifikuoti molekulinius dujų sluoksnius ir dulkėms išlikimo kelius mazguose. Tokia informacija yra esminė modeliams, kaip planetariniai ūkai išsisklaido ir kaip žvaigždžių medžiaga grįžta į tarpžvaigždinę terpę.“
Dr. Chen priduria: „Šių procesų supratimas ne tik aiškina žvaigždžių pabaigą, bet ir padeda atverti klausimą, iš kur atsiranda žaliavos būsimoms planetoms — o galbūt ir gyvenimui. Tai jungia žvaigždžių evoliuciją su planetų formavimu ir cheminiu paveldu, kurį matome mūsų pačių planetoje.“
Išvada
JWST artimas žvilgsnis į Helikso ūką praturtina ilgą planetarinių ūkų stebėjimų tradiciją ir atkreipia dėmesį į dinamiškus, daugiapakopius procesus, vykstančius, kai saulės tipo žvaigždės miršta. Sprendžiant kometinius mazgus ir tirdami jų sudėtį infraraudonajame diapazone, Webb prideda svarbių detalių prie žvaigždžių medžiagų perdirbimo vaizdo. Mokslo bendruomenei ir visuomenei šios nuotraukos yra tiek moksliniu, tiek estetininiu požiūriu vertingos — ryškūs priminimai, kad mūsų Saulės medžiagos vieną dieną taps dalimi visatos audinio, iš kurio gimsta naujos žvaigždės ir planetos.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą