Två astrofysiker från Laboratory for Space Research (LSR) vid University of Hong Kong (HKU) har äntligen löst ett 20 år gammalt astrofysiskt pussel angående de lägre än förväntade mängderna av grundämnet svavel som finns i planetariska nebulosor (PNe) i jämförelse med förväntningar och mätningar av andra element och andra typer av astrofysiska objekt.
De förväntade nivåerna av svavel har länge verkat "saknas i aktion". Men de har nu äntligen anmält sig för tjänsten efter att ha gömt sig inom synhåll, som ett resultat av att utnyttja mycket exakta och tillförlitliga data. Teamet har nyligen rapporterat sina resultat i The Astrophysical Journal Letters .
PNe är de kortlivade glödande, utskjutna, gasformiga höljena av döende stjärnor som länge har fascinerat och entusiasmerat både professionella och amatörastronomer med sina färgglada och varierande former. PNe lever bara några tiotusentals år jämfört med deras värdstjärnor, vilket kan ta miljarder år innan de passerar genom PN-fasen på vägen till att bli vita dvärgar.
Följaktligen ger PNe en nästan omedelbar ögonblicksbild av stellar dödsryckningar. De är ett viktigt, vetenskapligt fönster till stjärnutvecklingen i det sena stadiet eftersom deras rika emissionslinjespektra möjliggör detaljerade studier av deras kemiska sammansättning.
Tidigare studier visade att PNe optiska spektra verkade ha ett varierande underskott av grundämnet svavel. Detta underskott var svårt att förklara eftersom svavel, känt som ett α-element, borde produceras i låsning med andra element som syre, neon, argon och klor i mer massiva stjärnor. Som ett resultat bör dess kosmiska överflöd också vara direkt proportionell.
Överraskande nog, medan starka korrelationer mellan svavel- och syreförekomster har observerats i H II-regioner (vätejoniserad region) och blå kompakta galaxer, uppvisar PNe som kommer från stjärnor med låg till medelmassa konsekvent lägre svavelnivåer, vilket ger upphov till det mystiska "savlet". anomali" som har förbryllat och irriterat astronomer i årtionden.
Lösa mysteriet
Shuyu Tan, en examen från HKU MPhil i fysik och forskningsassistent vid HKU LSR, tillsammans med sin handledare professor Quentin Parker, direktören för LSR, använde ett aldrig tidigare skådat prov av exceptionellt höga signal-brus (S/N) optiska spektra i cirka 130 PNe ligger i mitten av vår galax. Denna exceptionella datauppsättning hade minimalt med bakgrundsljud, vilket möjliggör en tydlig och detaljerad undersökning av de spektrala egenskaperna, vilket hjälper teamet att effektivt tackla och lösa mysteriet.
Dessa PNe observerades med hjälp av det världsledande European Southern Observatory (ESO) 8m Very Large Telescope i Chile. Det visar sig att anomalien i huvudsak var ett resultat av dålig datakvalitet för svavelutsläppslinjer i PNe-spektra. Det visade sig att användningen av syre som basmetallicitetsjämförare med andra grundämnen inte var korrekt, och istället visade argon en starkare korrelation med syre för svavel och har föreslagits som en mer tillförlitlig indikator på metallicitet och ett lämpligt jämförelseelement.
Så när ett stort, noggrant utvalt prov av PNe observeras spektroskopiskt vid högt S/N på ett stort teleskop, avslöjade inte bara data ett starkt låsstegsbeteende hos svavel i PNe för första gången, som sett och förväntat för andra typer av astrofysiska objekt, men själva anomalien försvann effektivt.
Författarna har effektivt motbevisat tidigare påståenden som tyder på att svavelanomalin i planetariska nebulosor var ett resultat av underskattade högre svaveljoniseringssteg eller svaga svavellinjeflöden. Detta fynd understryker den avgörande betydelsen av data av hög kvalitet för att reda ut vetenskapliga mysterier.
Mer information: Shuyu Tan et al, Vart eller visst svavelanomali i planetariska nebulosor? The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ed9
Tillhandahålls av University of Hong Kong
