Ett internationellt team av astronomer ledda av medlemmar från Laboratory for Space Research (LSR) och Institutionen för fysik vid University of Hong Kong (HKU) har upptäckt en sällsynt himmelsk juvel - en så kallad Planetary Nebula (PN) inuti en 500 en miljonårig galaktisk öppen hop (OC) som kallas M37 (även känd som NGC2099). Detta är ett mycket sällsynt fynd av högt astrofysiskt värde. Deras resultat har precis publicerats i öppna Astrophysical Journal Letters .

PNe är de utstötta, glödande höljena av döende stjärnor som lyser med ett rikt emissionslinjespektrum och som ett resultat visar sina distinkta färger och former som gör dem till fotogena magneter för allmänhetens intresse. Det var ingen slump att en av de första James Webb rymdteleskopbilderna som släpptes till allmänheten var en PN.

PN, med det otympliga namnet IPHASX J055226.2+323724, är bara det tredje exemplet på en association mellan en PN och en OC av de ~4 000 PNe som är kända i vår galax. Det verkar också vara det äldsta PN som någonsin hittats. Det lilla teamet ledd av professor Quentin Parker, chef för HKU LSR, har bestämt några intressanta egenskaper för sin upptäckt:Författarna fann att PN har en kinematisk ålder på 70 000 år. Denna uppskattning är baserad på hur snabbt nebulosan expanderar, vilket bestäms från PN-emissionslinjerna, och förutsatt att denna hastighet i praktiken har förblivit densamma sedan början, och är den tid som förflutit sedan nebulosan först kastades ut av värden, en döende stjärna. Detta kan jämföras med typiska PN-åldrar på 5 000–25 000 år. Det är verkligen en grand old dam i PN-termer, men naturligtvis bara en ögonblick när det gäller själva den ursprungliga stjärnans liv, som sträcker sig över hundratals miljoner år.

Eftersom denna "grand old dam" bor i en stjärnhop, gör den här miljön det möjligt för teamet att fastställa kraftfulla ytterligare parametrar som inte är möjliga för den allmänna galaktiska PN-populationen. Dessa inkluderar att uppskatta massan av PN:s stamstjärna när den stängde av stjärnhuvudsekvensen, som härledd från de observerade egenskaperna hos de tusentals stjärnorna i klustret när de plottades i ett så kallat färg-magnituddiagram. Teamet kan också uppskatta restmassan av den centrala stjärnan som kastade ut PNe via teoretiska isokroner och observerade egenskaper hos den heta, blå centrala stjärnan. Som ett resultat bestämde de massan av stjärnan som kastade ut det gasformiga PN-skalet när det föddes, och hur mycket massa som nu finns kvar i dess återstående, sammandragande heta kärna (som redan är en vit dvärgstjärna). Färska Gaia-data för den heta, blå PN-centralstjärnan ger också en bra avståndsuppskattning, vilket gör att PN:s faktiska storlek vid denna extrema ålder kan bestämmas som 3,2 parsecs (1 st är lika med 3,26 ljusår) i diameter – föga överraskande, kanske också vid extrema änden av kända fysiska PN-storlekar.

Tidigare HKU Ph.D. Student Dr. Vasiliki Fragkou, den första författaren till studien, sa:"Jag är så exalterad över att kunna arbeta med dessa fascinerande sällsynta fall av OC-PN-associationer eftersom de fortsätter att visa viktiga vetenskapliga resultat, som alla tre fall vi har hittat är fjärils (bi-polär) PN när det gäller form, alla är mycket svaga och högt utvecklade, och alla har typ I-kemi enligt sina emissionslinjer, och alla har naturligtvis mellanliggande till höga stamceller."

Motsvarande författare professor Quentin Parker sa:"Detta är bara det tredje exemplet på en PN som finns i en galaktisk öppen stjärnhop, och min grupp har hittat alla tre bekräftade exemplen. De är otroligt sällsynta, men också mycket viktiga, eftersom dessa vackra föremål tillåter oss att självständigt bestämma punkter på den så kallade initiala till slutliga massrelationen (IFMR) för stjärnor – en viktig astrofysisk relation – oberoende av den traditionella metoden att använda vita dvärgar i kluster. Intressant nog ligger alla våra punkter strax under den empiriska IFMR-trenden för närvarande etablerat men lägga till den "knäcka" i detta förhållande som nyligen hittats i området två till tre solmassor för den ursprungliga stamfadermassan av Marigo et al. i Nature Astronomy tidning. Våra OC-PN-punkter återfinns lyckligtvis i för närvarande glest befolkade regioner i IFMR, vilket gör dem ännu mer värdefulla."

Medförfattare Professor Albert Ziljstra, Hung Hing Ying Distinguished Visiting Professor in Science and Technology vid HKU LSR från University of Manchester, sa:"Detta nya resultat antyder att placeringen av en PN i en OC ger en miljö som är lämplig för att tillåta PNe att expandera och blekna utan störningar av den omgivande ISM (som vanligtvis är mycket svagare i en OC) och inte som skulle vara fallet i galaxen." + Utforska vidare

Det öppna klustret Messier 37 är värd för en planetarisk nebulosa, visar studien