Составное RGB-изображение туманности Кольцо (также известной как Messier 57 и NGC 6720), построенное на основе четырех изображений линий излучения WEAVE/LIFU. Яркое внешнее кольцо состоит из света, испускаемого тремя различными ионами кислорода, в то время как «полоса» посередине образована светом, испускаемым плазмой, состоящей из четырехкратно ионизированных атомов железа. Север на изображении находится вверху, а Восток — слева. Автор: Роджер Вессон и др. / MNRAS
Астрономы в Европе обнаружили неожиданную особенность, скрытую внутри знаменитой Кольцевой туманности. Открытие было сделано группой исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University College London) и Университета Кардиффа, которые обнаружили в глубине туманности узкое облако в форме столбика, состоящее из железа.
Впервые о железном облаке сообщается в ежемесячных сообщениях Королевского астрономического общества. Она образует длинную полосу, которая аккуратно вписывается во внутреннюю область туманности, имеющую эллиптическую форму, видимую на многих хорошо известных изображениях, в том числе на тех, которые были получены космическим телескопом Джеймса Уэбба в инфракрасном диапазоне длин волн.1 Структура огромна. Ее длина примерно в 500 раз превышает орбиту Плутона вокруг Солнца, а общее количество содержащегося в ней железа примерно равно массе Марса.
Что делает туманность Кольцо особенной
Кольцевая туманность была впервые замечена в 1779 году французским астрономом Шарлем Мессье в северном созвездии Лиры.2 Это светящаяся газовая оболочка, образующаяся, когда звезда достигает конечной стадии сжигания ядерного топлива и выбрасывает свои внешние слои в космос. Астрономы ожидают, что через несколько миллиардов лет Солнце точно так же сбросит свой внешний материал.3
Как был найден железный слиток
Железное облако было обнаружено благодаря наблюдениям, проведенным в режиме LIFU с помощью нового прибора, известного как WHT Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE).4 WEAVE установлен на 4,2-метровом телескопе Уильяма Гершеля, принадлежащем Isaac Newton Group.5
LIFU состоит из сотен оптических волокон, работающих вместе. Эта установка позволила исследователям собрать спектры (где свет разделен на составляющие его длины волн) из каждой точки на поверхности Кольцевой туманности, впервые охватив все оптические длины волн.
Мы видим туманность по-новому
Ведущий автор исследования доктор Роджер Вессон, который работает на физико-астрономическом факультете Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и в Кардиффском университете, рассказал, как возникло это открытие. «Несмотря на то, что Кольцевая туманность была изучена с помощью множества различных телескопов и инструментов, WEAVE позволил нам наблюдать ее по-новому, предоставив гораздо больше деталей, чем раньше. Непрерывно получая спектр по всей туманности, мы можем создавать изображения туманности на любой длине волны и определять ее химический состав в любом положении.
«Когда мы обработали данные и просмотрели изображения, одна вещь стала очевидной как ничто другое — эта ранее неизвестная «полоска» из ионизированных атомов железа, расположенная в центре знакомого и культового кольца».
Противоречивые предположения о его происхождении
Исследователи говорят, что происхождение железного бруска до сих пор неизвестно. Потребуются более подробные наблюдения, чтобы понять, как он образовался. Одна из возможностей заключается в том, что структура сохраняет новую информацию о том, как умирающая звезда выбрасывала свой материал. Другое, более умозрительное объяснение предполагает, что железо могло быть частью изогнутой дуги плазмы, образовавшейся, когда каменистая планета испарилась во время более раннего расширения звезды.
Соавтор исследования профессор Джанет Дрю из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по физике и астрономии подчеркнула, что ключевой информации по-прежнему не хватает. «Нам определенно нужно знать больше, особенно о том, сосуществуют ли какие-либо другие химические элементы с недавно обнаруженным железом, поскольку это, вероятно, подскажет нам, какой класс моделей нам следует использовать. На данный момент нам не хватает этой важной информации».
Что будет дальше с исследованиями
В настоящее время команда готовит последующее исследование и планирует собрать новые данные, используя прибор LIFU WEAVE с более высоким спектральным разрешением. Эти наблюдения должны помочь прояснить, как образовался железный прут и присутствуют ли рядом с ним другие элементы.
В течение следующих пяти лет WEAVE планирует провести восемь крупных исследований, изучая объекты, которые варьируются от близлежащих белых карликов до чрезвычайно отдаленных галактик. В рамках проекта «Обзор звездной, околозвездной и межзвездной физики», возглавляемого профессором Дрю, уже ведется наблюдение за множеством других ионизированных туманностей в северной части Млечного Пути.
Доктор Вессон отметил, что подобные структуры могут оказаться обычным явлением. «Было бы очень удивительно, если бы железный брусок в Кольце был уникальным. Поэтому, надеюсь, по мере того, как мы будем наблюдать и анализировать больше туманностей, созданных таким же образом, мы обнаружим больше примеров этого явления, которые помогут нам понять, откуда берется железо».
Профессор Скотт Трэгер, научный сотрудник проекта WEAVE из Университета Гронингена, добавил: «Открытие этой удивительной, ранее неизвестной структуры в жемчужине ночного неба, любимой наблюдателями за небом во всем Северном полушарии, демонстрирует удивительные возможности WEAVE. Мы с нетерпением ждем новых открытий с помощью этого нового инструмента».
Записи
- 1 См., например. https://www.ucl.ac.uk/news/2023/aug/second-james-webb-image-ring-nebula-hints-dying-stars-companion https://www.cardiff.ac.uk/news/view/2739414-astronomers-spy-structures-that-no-previous-telescope-could-detect-in-new-images-of-dying-star
- Кольцевая туманность также известна как M 57 — она занимает 57-е место в каталоге туманностей и звездных скоплений Мессье. Джон Л.Э. Дрейер также включил его в свой Новый общий каталог, впервые опубликованный Королевским астрономическим обществом в 1888 году, где он обозначен как NGC 6720.
- Как только у звезды, подобной Солнцу, заканчивается водородное топливо, она расширяется, превращаясь в экстремального красного гиганта, и сбрасывает свои внешние слои, которые затем расширяются, образуя светящуюся оболочку. Оболочка, созданная таким образом, известна в астрономии как планетарная туманность. Оставшееся звездное ядро превращается в белого карлика, который, хотя больше и не сжигает никакого топлива, продолжает светиться, медленно остывая в течение миллиардов лет. Кольцевая туманность — это планетарная туманность, расположенная на расстоянии 2600 световых лет (или 787 парсек) от нас, которая, как полагают, образовалась около 4000 лет назад. Выброс планетарной туманности возвращает материю, образовавшуюся в звезде, в межзвездное пространство и является источником большей части углерода и азота во Вселенной — ключевых строительных блоков жизни на Земле. Звезды, масса которых превышает массу Солнца примерно в восемь раз, стареют по-разному, внезапно прекращая свою жизнь в результате мощного взрыва, называемого сверхновой, когда они коллапсируют, образуя черную дыру или нейтронную звезду.
- Финансирование проекта WEAVE было предоставлено UKRI STFC, Оксфордским университетом, NOVA, NWO, Институтом астрофизики Канарских островов (IAC), группой партнеров Исаака Ньютона (STFC, NWO и Испания, возглавляемая IAC), INAF, CNRS-INSU, Парижской обсерваторией, Регион Иль-де-Франс, CONACYT через INAOE, Министерство образования, науки и спорта Литовской Республики, обсерватория Конколи (CSFK), Институт астрономии Макса Планка (MPIA Heidelberg), Лундский университет, Институт астрофизики им. Лейбница в Потсдаме (AIP), Шведский исследовательский совет, Европейская комиссия и Пенсильванский университет. Исследовательский консорциум WEAVE состоит из ING, трех его партнеров, представленных UKRI STFC, NWO и IAC, NOVA, INAF, GEPI, INAOE, Вильнюсского университета, FTMC — Центра физических наук и технологий (Вильнюс), а также отдельных участников WEAVE. Веб-сайт WEAVE можно найти по адресу https://weave-project.atlassian.net/wiki/display/WEAVE, а полный список предоставляющих гранты агентств и грантодателей, поддерживающих WEAVE, можно найти по адресу https://weave-project.atlassian.net/wiki/display/WEAVE/WEAVE+Acknowledgements.
- Телескоп Уильяма Гершеля является ведущим телескопом Группы Исаака Ньютона (ING), которая, в свою очередь, является частью обсерватории Роке-де-лос-Мучачос в Ла-Пальме, на Канарских островах. Проектом ING совместно управляют Великобритания (STFC-UKRI), Нидерланды (NWO) и Испания (IAC, финансируемый Министерством науки, инноваций и университетов Испании).