8 Minutės
Astronomai atrado netikėtą ir painią struktūrą Žiedo ūko centre: ilgą, tiesų barą, sudarytą iš švytinčio, jonizuoto geležies. Šis darinys – skirtingas nuo visko, ką anksčiau matėme planetariniuose ūkuose – kelia naujų klausimų apie tai, kaip mirštančios Saulės tipažų žvaigždės išskiria medžiagą ir kaip dulkės bei metalai elgiasi šiuose vėlesniuose žvaigždžių gyvenimo etapuose.
Kaip pažįstamas ūkas netikėtai tapo keistas
Žiedo ūkas (Messier 57), gerai žinomas planetarinis ūkas maždaug už 2 570 šviesmečių Liros žvaigždyne, buvo tiriamas beveik 250 metų. Planetariniai ūkai yra elegantiškos, spalvingos apvalkalų struktūros, susidarančios, kai Saulės tipo žvaigždės išmeta išorinius sluoksnius pereidamos į baltuosius nykštukus. Kadangi šis procesas dažniausiai yra santykinai ramus, dauguma tokių objektų atrodo simetriški ir gerai suprantami – todėl staigus atradimas: tiesi, švytinti geležies juosta, kertanti Žiedo centro sritį, tapo tikru nustebimu astronomų bendruomenei.
JWST nuotrauka Žiedo ūko.
Ši geležies juosta atsiskleidė naujuose spektroskopiniuose žemėlapiuose, gautuose su WEAVE instrumentu ant 4,2 metro Williamo Herschel teleskopo (WHT). Naudodami WEAVE didelio integralio lauko modulio LIFU režimą, tyrėjų komanda gavo nuoseklų spektroskopinį viso ūko vaizdą – skirtingai nei ankstesniuose tyrimuose naudotos siaurų, slėpinių formos diagramos. Toks požiūris atskleidė struktūras, kurias slitinė spektroskopija lengvai galėjo praleisti, nebent slėpis netyčia būtų patekęs per pačią ypatybę. WEAVE LIFU duomenys suteikė erdvinę ir spektrinę informaciją kiekvienam taškui ūke, todėl tapo įmanoma žymėti labai specifines emisijas, įskaitant neįprastą geležies linijų ryškumą.
Kuo ši geležies juosta tokia mįslinga?
Keletas šios juostos savybių prieštarauja įprastiems aiškinimams. Pirma, struktūra atrodo sudaryta iš atvirų, jonizuotų geležies atomų – milžiniško kiekio, pagal pirmosios analizės vertinimus prilygstančio reikšmingai daliai Žemės masės. Planetariniuose ūkuose metalai, tokie kaip geležis, dažniausiai būna įkalinti dulkių grūduose, o ne egzistuojantys kaip laisvi, švytintys atomai. Antra, juostos kinematika neatitinka įprastų fenomenų, kuriuos galėtume laukti pagal esamas teorijas apie žvaigždžių vėlesniuosius etapus.
- Žiedo centre esantis baltasis nykštukas yra poslinkis nuo juostos ašies, todėl juosta negali būti paprastas iš žvaigždės paleistas džetas.
- Greitesnių matavimų duomenys palei juostą rodo, kad visa struktūra tolsta nuo mūsų, o ne demonstruoja priešingus Doplerio poslinkius galų srityse, kuriuos matytume bipoliniuose džešuose.
- Nė viena kita emisijos linija ūke neveda to paties linijinio pavidalo – ši geležies emisija yra morfologiškai unikali.
JWST stebėjimai ūko, geležis pažymėta mėlynai, išskyrus viršutinį dešinį kampą, kur ji praleista, kad būtų matomos dulkės.
Viena hipotezių teigia, kad didelis dulkių rezervuaras buvo sunaikintas siauroje srityje, išlaisvinant geležies atomus į dujinę fazę. Jameso Webbo kosminio teleskopo (JWST) vaizdai rodo dulkes abiejose juostos pusėse, bet ne uždengiančias pačią juostą, o tai iš dalies patvirtina šią idėją. Tačiau dulkių ardymas ir geležies išlaisvinimas reikštų intensyvius smūgius arba labai aukštas temperatūras – požymius, kurių neaptinkama ramioje ūko centre. Be to, norint ištirti tokį procesą, reikia įvertinti energijos sąnaudas ir šilumos perdavimo mechanizmus, kurie galėtų išardyti silikatines ir anglies pagrindo daleles, atidengiant metalus.
Ar juosta gali būti suplėšytos planetos likučiai?
Pranešimuose spaudai, lydinčiuose atradimą, minima provokuojanti prielaida, kad gali būti kaltas sutrupintas planetinis materialas. Nors sutrūkinėjusi planeta galėtų aprūpinti geležimi gausų nuolaužų sluoksnį, šis scenarijus sunkiai paaiškina kelis pastebėjimus: nuo sutrupintos planetos kilęs nuolaužų deblais turėtų būti mišrių elementų (magnio, silicio ir pan.), parodyti aiškų orbitinio arba išsiplėtimo greičio modelį ir paprastai formuoti labiau difuzinę ar gabalėtą pasiskirstymo struktūrą, o ne tiesią, koherentinę juostą. Nė viena iš šių laukiamų apraiškų neatitinka naujų stebėjimų. Be to, planetinės medžiagos cheminė sudėtis ir ją lydinčios emisijos linijos dažnai yra daugiau įvairios, todėl išimtinai geležies emisija be kitų akivaizdžių elementų linijų būtų neįprasta.
Perspektyva ir geometrija turi svarbą
Taip pat verta prisiminti projekcinius efektus. Juosta gali būti didesnė suplokštinta struktūra, matoma beveik kraštovaizdžiu, todėl atrodo plona ir linijinė. Jei juosta pratęsta link mūsų ir nuo mūsų žiūrėtojo plokštumos, jos tikroji trimačio forma ir judėjimas gali skirtis nuo to, ką mes išvedame iš vieno stebėjimo kampo. Kitaip tariant, matoma morfologija yra vienas dvimatės projekcijos rezultatas, o pilnas trimačio kinetinio modelio nustatymas reikalauja skirtingų pozicijų stebėjimų arba kintamo kampo duomenų per laiką.
Instrumentai ir metodai: kodėl WEAVE padarė skirtumą
Atrakcija pabrėžia, kaip šiuolaikinė integraliojo lauko spektroskopija gali pakeisti mūsų supratimą apie gerai pažįstamus objektus. WEAVE LIFU režimas surenka spektrus per plačią sritį vienos eksponuotės metu, suteikdamas tiek erdvinę, tiek spektrinę informaciją kiekvienam ūko taškui. Tai leido tyrėjų komandai, kuriai vadovauja Roger Wesson (Cardiff universiteto mokslininkas), žemėlapyje pažymėti geležies emisijos pasiskirstymą visame Žiede ir identifikuoti juostą, kurios niekada nebuvo aptikta naudojant tradicines slitines technikas. Integralioji spektroskopija taip pat palengvina doplerio poslinkių ir linijų pločio analizę skirtingose ūko dalyse, leidžiant atskirti terminius, turbulencinius ir judesių komponentus.
Roger Wesson ir kolegos pažymėjo, kad nors daugelis ūko buvo stebėti pakartotinai su skirtingais teleskopais, WEAVE derinys tarp lauko dydžio ir spektro aprėpties suteikė kokybiškai naują duomenų rinkinį. Pasak Wessono, matyti, kaip juosta išryškėja apdorotuose duomenyse, buvo įspūdinga ir netikėta, ir tai pabrėžia, kaip pažangūs instrumentai nuolat atskleidžia anksčiau paslėptus reiškinius net ir kruopščiai tirtiems objektams. Be to, WEAVE spektrinis diapazonas ir spektrinis ryškumas leidžia tiksliau identifikuoti specifines emisijos linijas, tokias kaip geležies ionizacijos linijos, ir atskirti jas nuo fono ar silpnų emisijų kitose bangose.
Kodėl tai svarbu planetarinių ūkų mokslui
Jei geležies juosta pasirodys ne vienetinė, panašių struktūrų radimas kituose planetariniuose ūkuose reikšmingai pakeistų mūsų supratimą apie dulkų apdorojimą, metalų transportą ir vėlesniuosius Saulės tipo žvaigždžių aplinkos etapus. Daug laisvos geležies buvimas reiškia pasekmes, susijusias su tuo, kaip dulkės grūdai išsilaiko arba yra sunaikinami, kaip planetos ar planetesimalai sąveikauja su evoliucijos metu besikeičiančiomis žvaigždėmis, ir kaip metalai vėl grįžta į tarpžvaigždinę terpę. Tai svarbu ne tik planetariniams ūkams ar žvaigždžių mirties proceso tyrimams, bet ir platesnei galaktinei cheminių elementų kilmei bei medžiagų ciklui.
Už tiesioginės mįslės ribų, atradimas primena, kad žvaigždžių ir jų planetinių sistemų gyvavimo ciklai yra sudėtingai susieti. Planetų nuolaužos, dulkių fizika, dvigubi srautai, magnetiniai laukai ir laikini smūgiai gali visi būti svarbūs – kai kurie iš jų dabar išryškėjo dėl gilesnių ir platesnių spektroskopinių apžvalgų. Tokie radiniai skatina tolesnius modelius ir simuliacijas, apimančias dulkų kondensaciją, terminius suskaidymo procesus, sąveikas tarp planetinių liekanų ir žvaigždžių vėlesnioje evoliucijoje, bei galimas magnetinių laukų ar binarinių sąveikų vaidmenis.
Eksperto įžvalga
"Ši geležies juosta yra vadovėlinis pavyzdys, kodėl mums reikalingos tiek plačios apžvalgos, tiek tiksliniai tęstiniai tyrimai," sako dr. Elena Morales, astrofizikė, tirianti vėlesnės stadijos žvaigždžių evoliuciją. "Integraliojo lauko spektrografai suteikia mums trimačius spektrinius žemėlapius, reikalingus pastebėti keistenybes, kurias praleidžia slitinė spektroskopija. Jei panašios geležies struktūros pasirodys kituose ūkuose, reikės peržiūrėti mūsų modelius apie dulkių sunaikinimą ir metalų perskirstymą žvaigždžių išmetimuose."
Tyrimas publikuotas žurnale Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, o komanda ketina ieškoti archyvinių ir naujų integraliojo lauko duomenų papildomiems pavyzdžiams. Kiekvienas naujas radinys bus užuomina: ar Žiedo juosta yra reta anomalija, sunaikintos planetos palikimas, ar matoma platesnio fizikinio proceso išraiška, iki šiol nepastebėta? Atsakymai padės formuoti tolimesnius stebėjimus ir teorinius darbo modelius. Toliau plėsdamas spektroskopines apžvalgas su WEAVE, JWST ir kitomis įrangoje, astronomų bendruomenė tikisi sukaupti imtį, pakankamai didelę konkurencingoms hipotezėms patikrinti.
Kol kas Žiedo ūko geležies juosta lieka ryški ir neišspręsta žvaigždžių mirties atspaudas – kvietimas dar kartą peržiūrėti objektus, kuriuos manėme jau pažįstą. Tolesni stebėjimai, molekulinių ir atominių linijų analizė, kartu su didesniu imties statistiniu tyrimu gali padėti atskleisti, ar šis fenomenas yra susijęs su dulkių naikinimu, planetinių liekanų dinamika, ar kitais procesais, tokiais kaip magnetiniai laukai ar lokaliai intensyvūs šiluminiai įvykiai.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą