“我们很惊讶”：科学家在詹姆斯·韦伯望远镜捕捉到的星云中发现了隐藏的结构

对南环星云的亚毫米波长射电观测发现，它实际上是一个双环，由三颗恒星的相互作用形成。

辉煌、滚滚的南环星云是一颗垂死恒星的茧——它有一个秘密。科学家发现这个星云呈现出双环结构，证明其中心不是一颗恒星，而是可能有三颗恒星。

南环星云，也称为 NGC 3132，是一个位于船帆座（船帆座）约 2,000 光年的行星状星云。 “行星状星云”这个名字用词不当——这样的星云与行星无关。相反，它们是垂死的、类似太阳的恒星的最后呼出，它们在星云蛹内转变，直到最终绽放为白矮星。星云由垂死恒星的外壳形成，在恒星的红巨星阶段后被喷入太空。

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 于 2022 年 12 月拍摄了南环星云的图像，揭示了形成星云“外骨骼”的分子氢气。这是指当白矮星本身发出的紫外线照射和加热时，辐射出的温度约为 1,000 开尔文（1,340 华氏度，即 726 摄氏度）的温暖气体。然而，该外骨骼仅代表星云中分子气体的一小部分。

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由罗彻斯特理工学院的乔尔·卡斯特纳 (Joel Kastner) 领导的团队开始寻找更多的星云分子气体，特别是使用亚毫米阵列 (SMA) 来寻找一氧化碳气体，亚毫米阵列由八台射电望远镜组成，位于一座名为莫纳 (Mauna) 的不活跃火山上。夏威夷的凯亚。一氧化碳与星云内的氢气和其他分子气体混合，因此观察一氧化碳含量实际上可以代表观察所有其他不易检测的分子。果然，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。

卡斯特纳在新闻声明中表示：“JWST 向我们展示了氢分子以及它们如何在天空中堆积，而亚毫米阵列向我们展示了在 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，它的主要形状（从我们的角度来看）是一个环。 SMA 观测表明，这个环正在膨胀，这是预料之中的，因为星云在最终分散之前缓慢增长。然而，这些数据还使卡斯特纳的团队能够创建星云分子外骨骼的三维图。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仅仅是双极星云中端面看到的一个叶瓣，而且他们还发现了与第一个环垂直的第二个环。

“当我们开始以 3D 方式旋转整个星云时，我们立即发现它确实是一个环，然后我们惊讶地发现还有另一个环，”卡斯特纳说。

整个奇怪的排列在星云的中心描绘了一条迷人的尾巴，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，将到达其生命的尽头——但是，如果这三颗恒星真的存在，那么这三颗恒星很可能要么彼此太近，要么太微弱，无法单独分辨，甚至由 JWST 提供。

越来越多的证据表明，一些行星状星云，至少是那些具有复杂结构的行星状星云，是由伴星对中心垂死恒星的干扰形成的。对于南环，卡斯特纳的团队假设，由一个近距离双星组成的三重系统，由一颗更遥远的第三颗恒星围绕，其轨道半径为该双星的 60 个天文单位（一个天文单位 AU，是地球和它之间的距离）。太阳，在我们的太阳系中，60 个天文单位将位于柯伊伯带的远端）。

南环的两个裂片有一个狭窄的或“收缩的”腰线，就像一个沙漏，这是双星系统发出的行星状星云的一个共同特征，其中一颗恒星即将结束其生命。双星伴星能够围住垂死恒星脱落的物质，使其沿着极地方向而不是赤道方向逸出，形成两个瓣。詹姆斯韦伯太空望远镜的中红外观测结果支持了这一假设，它发现了来自中央恒星系统的过量红外光，这是红巨星和附近的双星伴星相互作用形成的尘埃盘的典型特征。

所以，这解释了第一环。研究小组表示，第二环的起源不太确定。 

虽然南环看起来是双叶状的，但一些物质一定是作为红巨星抛射出的大致球形或椭圆形物质包层而发射出来的，这是一种快速的质量损失事件，可能代表了它最后呼出的物质，留下了白色的物质。矮人。双星系统会产生一系列快速、狭窄的喷流，但如果存在第三颗恒星，那么额外恒星的引力就会作用在内部双星上，导致喷流的方向“摇摆”，就像旋转的陀螺一样。这些进动喷流会在星云的椭圆体部分中刻出一个圆形空心，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，但星云的中央电离腔在其结构中确实存在此类喷流的证据。

其他环形行星状星云，例如螺旋星云（位于水瓶座的 NGC 7293），也被证明具有双叶结构，通过这种结构，我们可以“向下”观察一个叶的末端。南环星云第二环的发现——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个环。

行星状星云不仅仅意味着恒星的死亡。从某种意义上说，它们还承载着新生命的希望。

“宇宙中的碳、氧、氮是从哪里来的？”卡斯特纳想知道。 “我们看到它是在正在死亡的类似太阳的恒星中产生的，就像刚刚死亡并创造了南环的恒星一样。”

当膨胀的行星状星云扩散到星际空间时，它会将这些分子散布到整个宇宙，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，而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，我们也可以把它想象成一只恒星凤凰，有一天从灰烬中重生，重新开始恒星诞生和死亡的循环。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。

研究结果于 4 月 2 日发表在《天体物理学杂志》上。

最初发布于Space.com。