Астрономы «удивлены» причиной культовой формы туманности Южное кольцо

The Southern Ring Nebula as seen through JWST’s NIRCam (left) and MIRI (right).

Новое исследование показало, что замысловатые завитки туманности Южное Кольцо, недавно прославившейся тем, что она стала одним из первых объектов, полученных с помощью JWST, являются продуктом по меньшей мере четырех звезд.

Изучая изображения с нового космического телескопа, международная группа астрономов обнаружила ранее неизвестные звезды в облаке светящегося газа и плазмы.

Присутствие этих звезд объясняет структуры, которые до сих пор формируются в виде туманности. расширяется, что является результатом насильственной смерти одиночной звезды в центре туманности.

«Мы были удивлены, обнаружив наличие двух или трех звезд-компаньонов, которые, вероятно, ускорили ее смерть, а также еще одного «невинного свидетеля». «звезда, оказавшаяся вовлеченной во взаимодействие», – объясняет астрофизик Орсола Де Марко из Университета Маккуори в Австралии, руководившая исследованием.

Планетарные туманности, такие как туманность Южное Кольцо, образуются в результате смерти такой звезды, как Солнце. Когда у звезды начинает заканчиваться топливо, необходимое для ядерного синтеза в ее ядре, она раздувается в сотни раз, превращаясь в красного гиганта.

В конце концов, топливо заканчивается, и внешний материал звезды выбрасывается в космос, а ядро коллапсирует в белого карлика. Выброшенный материал продолжает расширяться наружу и, ионизированный излучением белого карлика (который будет продолжать излучать остаточное тепло потенциально триллионы лет), светится флуоресценцией.

Это планетарная туманность, названы так потому, что без вмешательства других объектов они имеют тенденцию быть довольно сферическими, напоминающими планету.

JWST NIRCam фиксирует детали, сияющие в ближнем инфракрасном диапазоне. (NASA, ESA, CSA и STScI)

Но если рядом со звездой есть что-то еще — а это часто бывает, поскольку многие звезды находятся в системах с несколькими звездами, гравитационно связанными друг с другом, — великолепные структуры может образовываться в туманности, когда она путешествует в космосе.

Туманность Южное кольцо, официально названная NGC 3132 и расположенная примерно в 2460 световых годах от нас, представляет собой саван смерти звезды, которая, по оценкам, в три раза больше масса Солнца при жизни. Теперь эта звезда представляет собой небольшой плотный белый карлик, примерно в половину массы Солнца, упакованный в сферу размером с Землю.

Его также окружает облако холодной пыли, что затрудняет увидеть. Изображение JWST, опубликованное в июле, стало самым четким из когда-либо полученных: свет в инфракрасном и ближнем инфракрасном диапазоне, в котором JWST видит Вселенную, может проникать сквозь пыль более эффективно, чем другие длины волн.

Но была и проблема. на изображении можно найти гораздо больше.

«Когда мы впервые увидели изображения, мы поняли, что должны что-то сделать, мы должны исследовать!» — говорит Де Марко. «Сообщество объединилось, и на этом одном изображении случайно выбранной туманности мы смогли различить гораздо более точные структуры, чем когда-либо прежде».

Близко к центру туманности есть вторая звезда. Это тоже было уже известно, двойной компаньон белого карлика. Эта звезда находится на более ранней стадии своей жизни и все еще находится на главной последовательности, но еще не начала серию преобразований, которые знаменуют собой конец ее дней.

Спиральные структуры, образующие арки вокруг центра туманности являются продуктом орбитального танца этих двух звезд — мертвого белого карлика и его живого компаньона. Но когда исследователи провели трехмерную реконструкцию туманности, они обнаружили пары структур, которые образуются, когда такие объекты, как звезды и черные дыры, извергают струи плазмы со своих полюсов.

Прибор MIRI видит волны света, находящиеся в среднем инфракрасном диапазоне. (NASA, ESA, CSA и STScI)

Это предполагает, что в запутанном звездном вальсе присутствует больше звезд.

«Сначала мы сделали вывод о наличии близкого компаньона из-за пыльного диска вокруг центральной звезды, дальнего компаньона, создавшего арки, и супердальнего компаньона, который вы можете видеть на изображении», — объясняет Де Марко.

«Однажды мы увидели джеты , мы знали, что в центре должна быть еще одна звезда или даже две, поэтому мы полагаем, что есть один или два очень близких компаньона, еще один на среднем расстоянии и один очень далеко.Если это так, то есть четыре или даже пять объектов, вовлеченных в эту грязную смерть».

Новые изображения также позволили исследователям выполнить новый расчет температуры белого карлика. Она горит при температуре около 110 000 Кельвинов (около 109 700 градусов по Цельсию, или 197 540 градусов по Фаренгейту).

Планетарные туманности — относительно недолговечные явления, флуоресцирующие только около 10 000 лет, прежде чем рассеяться в межзвездном пространстве. Так что в каком-то смысле нам очень повезло, что мы застали эту стадию жизненного цикла туманности Южное Кольцо. Результаты команды также важны для изучения этого периода жизни белого карлика и взаимодействий, которые могут происходить.

И интересно, что открытие нескольких новых звезд, гравитационно связанных друг с другом, имеет значение для гравитационно-волновой астрономии. Белые карлики находятся в континууме плотных объектов; они имеют наименьшую массу и наименьшую плотность, за ними следуют нейтронные звезды и черные дыры.

Возможно, что «беспорядочные» системы, такие как туманность Южное кольцо, могут в будущем привести к множеству последовательных столкновений мертвых звезды, что приводит к объектам с массой, которую невозможно сформировать из одной звезды.

Исследователи заявили, что изучение большего количества таких объектов с помощью JWST может помочь нам лучше понять, как они формируются, и дать информацию для будущих наблюдений.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.