Planetariska nebulosor är några av naturens mest fantastiska visuella visningar. Namnet är förvirrande eftersom de är rester av stjärnor, inte planeter. Men det förtar inte deras status som föremål för fängslande skönhet och intensiva vetenskapliga studier.
Liksom alla planetariska nebulosa är den södra ringnebulosan en rest av en stjärna som vår sol. När dessa stjärnor åldras kommer de så småningom att bli röda jättar, som expanderar och sprider lager av gas ut i rymden. Så småningom blir den röda jätten en vit dvärg, en stjärnrest som saknar fusion som emanerar vilken kvarvarande termisk energi den har utan att någonsin generera längre. Den vita dvärgen lyser upp gasskalen som drevs ut tidigare, och vi får njuta av showen.
När den efterlängtade JWST började leverera bilder var Southern Ring Nebula (NGC 3132) ett av dess första mål. Det var ett av fem objekt som utgjorde teleskopets första vetenskapliga resultat. JWST:s bilder avslöjade något överraskande med NGC 3132:den har två stjärnor. Den vita dvärgen är i mitten av NGC 3132 och dess följeslagare är mellan 40 och 60 AU bort, ungefär samma avstånd som Pluto är från solen.
Forskare ville förstå mer om den södra ringnebulosans struktur. JWST arbetar i infrarött och kan avbilda varmt väte i nebulosan. Men för att få en mer komplett bild av nebulosan vände sig ett team av forskare från Rochester Institute of Technology (RIT) till Submillimeter Array (SMA). SMA kan känna av den kallare CO (kolmonoxid) i nebulosan utanför JWST:s räckvidd. Den kände av CO:s närvaro och mätte dess hastighet och hastigheterna för andra molekyler.
Forskningen publiceras i The Astrophysical Journal med titeln "Det molekylära exoskelettet av den ringliknande planetariska nebulosan NGC 3132." Professor Joel Kastner från RIT School of Physics and Astronomy är huvudförfattare.
De nya observationerna visade att det mesta av nebulosans vätgas finns i en stor expanderande ring och att en andra expanderande ring ligger nästan vinkelrätt mot den första.
"JWST visade oss vätemolekylerna och hur de hamnar på himlen, medan Submillimeter Array visar oss kolmonoxiden som är kallare som du inte kan se på JWST-bilden", förklarade Kastner.
"Den extra hastighetsdimensionen från arrayens radiovåglängdsobservationer gör att vi effektivt kan se nebulosan i 3D. När vi började vända hela nebulosan i 3D såg vi direkt att det verkligen var en ring, och sedan blev vi förvånade över att se det var en annan ring, sa Kastner.
"Overraskande nog avslöjar data vidare att nebulosan också tycks hysa en andra, dammrik molekylär ring (Ring 2) – detekterad i (damm)absorption, i emissionslinjer med låg excitation, i H2 , och (nu) i 12 CO(2–1) – som verkar ligga nästan vinkelrätt mot Ring 1", förklarar författarna i sin publicerade forskning.
Ringarna är förskjutna från varandra, vilket förklarar varför 3D-vyn gjorde den andra mer synlig. Teamet matchade sina observationer till en geometrisk modell som visade lutningar på 45° för Ring 1 och 78° för Ring 2.
Författarna säger att vi har en stolpevy av en bipolär nebulosa formad av närvaron av en andra stjärna. Det finns många bipolära nebulosor, inklusive välkända sådana som fjärilsnebulosan.
Närvaron av en andra stjärna har dock komplicerat NGC 3132:s form. "Vi föreslår att denna skenbara struktur med två ringar kan vara kvarlevan av ett ellipsoidalt molekylärt hölje av AGB-ejekta som mestadels har spridits av en serie av snabbeldande men felinriktade kollimerade utflöden eller jetstrålar", förklarar författarna i sin forskning. "Ett sådant scenario skulle stämma överens med hypotesen att den massförlorande AGB-fadern till NGC 3132 var en medlem av ett interagerande trippelstjärnsystem."
Det skulle vara konsekvent, men författarna säger att det inte finns något sätt att dra slutsatsen att en tredje stjärna var involverad i aktuell forskning. "Det krävs detaljerade simuleringar av de dynamiska effekterna av sådana flerstjärniga störtstrålarsystem på AGB-molekylhöljen för att testa detta spekulativa scenario för utformningen av det molekylära exoskelettet av NGC 3132," förklarar författarna.
Närvaron av all den molekylära gasen i nebulosan överraskade forskarna. Den intensiva UV-strålningen från den vita dvärgen bör bryta upp kolmonoxiden och det molekylära vätet. Men det har det inte.
"Var kommer kolet och syret och kvävet i universum ifrån?" sa Kastner. "Vi ser det genereras i de solliknande stjärnorna som håller på att dö, som stjärnan som just har dött och skapat den södra ringen. Mycket av den molekylära gasen kan hamna i planetariska atmosfärer och atmosfärer kan möjliggöra liv."
Mer information: Joel H. Kastner et al, The Molecular Exoskeleton of the Ring-like Planetary Nebula NGC 3132, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2848
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift
Tillhandahålls av Universe Today
