En jämförelse sida vid sida av den tredimensionella modellen av Cat's Eye Nebula skapad av Clairmont och Cat's Eye Nebula som fotograferad av rymdteleskopet Hubble. Kredit:Ryan Clairmont (vänster), NASA, ESA, HEIC och The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) (höger)
Forskare har skapat den första datorgenererade tredimensionella modellen av Cat's Eye Nebula, som avslöjar ett par symmetriska ringar som omger nebulosans yttre skal. Ringarnas symmetri tyder på att de bildades av en förestående jet, vilket ger starka bevis för en dubbelstjärna i mitten av nebulosan. Studien leddes av Ryan Clairmont, som nyligen avslutade gymnasiet i USA, och publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
En planetarisk nebulosa bildas när en döende solmassastjärna skjuter ut sitt yttre lager av gas, vilket skapar en färgstark, skalliknande struktur som är särskiljande för dessa objekt. Cat's Eye Nebula, även känd som NGC 6543, är en av de mest komplexa planetariska nebulosorna som är kända. Den är drygt 3 000 ljusår bort från jorden och kan ses i stjärnbilden Draco. Cat's Eye Nebula har också avbildats av rymdteleskopet Hubble i hög upplösning, och avslöjar en intrikat struktur av knutar, sfäriska skal och bågliknande filament.
Nebulosans mystiska struktur förvirrade astrofysiker eftersom den inte kunde förklaras av tidigare accepterade teorier för planetarisk nebulosans bildning. Nyare forskning visade att precesserande jetstrålar var potentiella formningsmekanismer i komplexa planetariska nebulosor som NGC 6543, men saknade en detaljerad modell.
Ryan Clairmont, en astronomientusiast, bestämde sig för att försöka etablera den detaljerade 3D-strukturen av Cat's Eye för att ta reda på mer om den potentiella mekanismen som gav den dess invecklade form. För att göra detta sökte han hjälp av Dr. Wolfgang Steffen från The National Autonomous University of Mexico och Nico Koning från University of Calgary, som utvecklade SHAPE, astrofysisk 3D-modelleringsprogramvara särskilt lämplig för planetariska nebulosor.
För att rekonstruera nebulosans tredimensionella struktur använde forskarna spektraldata från San Pedro Martir National Observatory i Mexiko. Dessa ger detaljerad information om den inre rörelsen av material i nebulosan. Tillsammans med dessa data och bilder från rymdteleskopet Hubble, konstruerade Clairmont en ny 3D-modell, som fastställde att ringar av gas med hög densitet lindades runt det yttre skalet på Cat's Eye. Överraskande nog är ringarna nästan perfekt symmetriska med varandra, vilket tyder på att de bildades av en stråle – en ström av gas med hög densitet som kastas ut i motsatta riktningar från nebulosans centrala stjärna.
Strålen uppvisade precession, liknande den vinglande rörelsen hos en snurrande topp. När jetstrålen vinglade, eller precesserade, skisserade den en cirkel och skapade ringarna runt kattögat. Data indikerar dock att ringarna endast är partiella, vilket betyder att den föregående jetstrålen aldrig fullbordade en fullständig 360-graders rotation, och att uppkomsten av strålarna bara var ett kortlivat fenomen. Varaktigheten av utflöden är en viktig del av information för teorin om planetariska nebulosor. Eftersom endast dubbelstjärnor kan driva en förestående jet i en planetarisk nebulosa, är teamets fynd starka bevis på att ett system av denna typ finns i mitten av kattögat.
Eftersom vinkeln och riktningen på jetstrålen förändrades över tiden, bildade den troligen alla funktioner som ses i Cat's Eye, inklusive jetstrålar och knutar. Med hjälp av den tredimensionella modellen kunde forskarna beräkna lutningen och öppningsvinkeln för den föregående strålen baserat på orienteringen av ringarna.
Ryan Clairmont, huvudförfattaren till tidningen och nu en blivande student vid Stanford University, säger "När jag först såg Cat's Eye Nebula blev jag förvånad över dess vackra, perfekt symmetriska struktur. Jag blev ännu mer förvånad över att dess 3D-struktur var inte helt förstått."
Han tillägger, "Det var mycket givande att kunna göra egen astrofysisk forskning som faktiskt har en inverkan på fältet. Föregående jetstrålar i planetariska nebulosor är relativt sällsynta, så det är viktigt att förstå hur de bidrar till att forma mer komplexa system som Cat's Eye. Att förstå hur de bildas ger i slutändan insikt i vår sols slutliga öde, som en dag själv kommer att bli en planetarisk nebulosa." + Utforska vidare
