科学家在詹姆斯·韦伯望远镜拍摄到的南环星云中发现了隐藏的结构 _科学

南环星云的近红外和中红外JWST合成图像（图片来源：NASA/ESA/CSA/STScI/O.De Marco（麦考瑞大学）/J.DePasquale（STScI））
据美国生活科学网站（Keith Cooper）：辉煌、翻腾的南环星云是一颗垂死恒星的茧——它有一个秘密。科学家们发现这个星云呈现出双环结构，这证明它的中心不是一颗恒星，而是可能有三颗恒星。
南环星云，也被命名为NGC 3132，是一个行星状星云，位于帆帆座，距离约2000光年。“行星状星云”这个名字用词不当——这种星云与行星无关。相反，它们是垂死的类太阳恒星的最后呼气，它们在星云状的蛹中转变，直到最终绽放成白矮星。星云是由垂死恒星的外壳形成的，它在恒星的红巨星相之后膨胀到太空中。
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）于2022年12月对南环星云进行了成像，揭示了形成该星云“外骨骼”的分子氢气。这是指当它被白矮星自身发出的紫外线照射和加热时，温度约为1000开尔文（1340华氏度，或726摄氏度）的暖气体辐射。然而，外骨骼只代表了星云中分子气体的一小部分。
罗切斯特理工学院的Joel Kastner领导的一个团队继续寻找星云中更多的分子气体，特别是使用亚毫米阵列（SMA）寻找一氧化碳气体，该阵列是一组由八台射电望远镜组成的小组，位于夏威夷一座名为Mauna Kea的活火山上。一氧化碳在星云内与氢和其他分子气体混合，因此观察一氧化碳的含量实际上是观察所有其他不容易检测到的分子的一个替代品。果不其然，SMA能够测量一氧化碳分子的分布和速度，显示哪些部分正在向我们移动，哪些部分正在远离我们。
卡斯特纳在一份新闻声明中说：“JWST向我们展示了氢分子及其在天空中的堆积方式，而亚毫米阵列向我们展示的是JWST图像中看不到的更冷的一氧化碳。” 。
正如南环的名字所暗示的那样，它主要形状（从我们的角度来看）是一个环。SMA的观测结果表明，这个环正在膨胀，这是意料之中的，因为星云在最终消散之前会慢慢增长。然而，这些数据也使卡斯特纳的团队能够创建星云分子外骨骼的三维地图。这给了我们一个惊喜。研究人员不仅能够证明我们所看到的环只是两极星云中的一个波瓣，而且他们还发现了与第一个环垂直的第二个环。
卡斯特纳说：“当我们开始在3D中翻转整个星云时，我们立即看到它真的是一个环，然后我们惊讶地看到还有另一个环。” 。
整个奇异的排列在星云的中心画出了一个迷人的尾巴，不是一颗，甚至不是两颗，而是很可能是三颗恒星。这些恒星中只有一颗，即三颗恒星中质量最大的一颗，将达到其生命的尽头——但如果这三颗恒星都真的存在，那么这三颗可能要么太近，要么太微弱，无法单独分辨，即使是JWST也无法分辨。

南环星云的近红外和中红外JWST合成图像（图片来源：NASA/ESA/CSA/STScI/O.De Marco（麦考瑞大学）/J.DePasquale（STScI））
越来越多的证据表明，一些行星状星云，至少是那些结构复杂的星云，是由伴星对中心垂死恒星的干涉形成的。对于南环，卡斯特纳的团队假设，一个由近距离双星组成的三重系统由一颗更远的第三颗恒星围绕，其轨道半径为双星的60个天文单位（一个天文单位AU是地球和太阳之间的距离，在我们的太阳系中，60个AU位于柯伊伯带的远边缘）。
南环的两个瓣叶有一个狭窄或“收缩”的腰围，就像沙漏，这是从双星系统发出的行星状星云的一个常见特征，其中一颗恒星的寿命即将结束。双星伴星能够聚集垂死恒星脱落的物质，使其沿着极地而非赤道方向逃逸，形成两个裂片。JWST的中红外观测支持了这一假设，发现了来自中心恒星系统的过量红外光，这是红巨星和近双星伴星之间相互作用形成的尘埃盘的经典特征。
所以，这就解释了第一个环。研究小组说，第二个环的起源还不太确定。
尽管南环看起来是双叶的，但一些物质一定是以红巨星抛出的大致球形或椭球形物质包层的形式发出的，这是一个快速的质量损失事件，可能代表了它最终喷出的物质，留下了白矮星。双星系统产生了一系列快速、狭窄的喷流，但如果存在第三颗恒星，那么额外恒星的引力会作用在内部双星上，导致喷流的方向“摆动”，就像旋转的陀螺一样。这些进动的喷流会在星云的椭球部分雕刻出一个圆形的空洞，从而形成第二个环。
卡斯特纳强调，这种解释仍然是推测性的，但星云的中心电离腔确实在其结构中有这种喷流的证据。
其他环形行星状星云，如螺旋星云（宝瓶座的NGC 7293），也被证明具有双叶结构，我们可以通过它“向下”观察一个叶的末端。在南环星云中发现第二个环——或者现在应该是南环，复数？——促使天文学家重新审视其他一些著名的环形星云，看看它们是否也错过了其中的第二环。
行星状星云不仅仅意味着恒星死亡。从某种意义上说，他们还拥有新生命的希望。
卡斯特纳问道：“宇宙中的碳、氧和氮从哪里来？” 。“我们看到它在太阳中产生，就像正在死亡的恒星一样，就像刚刚死亡并形成南环的恒星一样。”
当一个膨胀的行星状星云扩散到星际空间时，它会将这些分子扩散到宇宙中，最终形成巨大的分子云，形成下一代恒星和行星。
卡斯特纳说：“许多分子气体最终会进入行星大气层，大气层可以孕育生命。” 。事实上，地球上所有比氢和氦重的元素都起源于恒星内部，然后在这些恒星死亡时被喷射到太空中。
正如许多专家喜欢说的那样，我们确实是明星。
因此，当我们惊叹于南环等星云中恒星死亡的美丽时，我们也可以将其想象成一只恒星凤凰，有一天它会从灰烬中复活，重新开始恒星的诞生和死亡循环。引用太空堡垒卡拉狄加的话，这一切以前都发生过，而且还会再次发生。
这一发现于4月2日发表在《天体物理杂志》上。