Планетарная туманность — одно из самых потрясающих визуальных явлений природы. Название сбивает с толку, поскольку это остатки звезд, а не планет. Но это не умаляет их статуса объектов завораживающей красоты и интенсивного научного изучения.
Как и все планетарные туманности, туманность Южное Кольцо является остатком такой звезды, как наше Солнце. По мере старения этих звезд они в конечном итоге станут красными гигантами, расширяясь и выбрасывая слои газа в космос. В конце концов, красный гигант становится белым карликом, остатком звезды, лишенным термоядерного синтеза, который излучает всю остаточную тепловую энергию, которая у него есть, но никогда больше не генерирует. Белый карлик поджигает выпущенные ранее оболочки газа, и мы наслаждаемся зрелищем.
Когда долгожданный JWST начал предоставлять изображения, туманность Южное Кольцо (NGC 3132) была одной из его первых целей. Это был один из пяти объектов, которые составили первые научные результаты телескопа. Изображения JWST показали кое-что удивительное в NGC 3132: у нее две звезды. Белый карлик находится в центре NGC 3132, а его спутник — на расстоянии от 40 до 60 астрономических единиц, примерно на таком же расстоянии, как Плутон от Солнца.
Исследователи хотели больше узнать о структуре туманности Южное Кольцо. JWST работает в инфракрасном диапазоне и может отображать теплый водород в туманности. Но чтобы получить более полное изображение туманности, группа исследователей из Рочестерского технологического института (RIT) обратилась к субмиллиметровой решетке (SMA). SMA может обнаружить более холодный CO (окись углерода) в туманности за пределами досягаемости JWST. Он почувствовал присутствие CO и измерил его скорость и скорости других молекул.
Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal под названием «Молекулярный экзоскелет кольцеобразной планетарной туманности NGC 3132». Ведущий автор — профессор Джоэл Кастнер из Школы физики и астрономии RIT.
Новые наблюдения показали, что большая часть водорода в туманности находится в большом расширяющемся кольце, а второе расширяющееся кольцо лежит почти перпендикулярно первому.
«JWST показал нам молекулы водорода и то, как они располагаются в небе, а субмиллиметровая решетка показывает нам более холодный угарный газ, который невозможно увидеть на изображении JWST», — объяснил Кастнер.
«Дополнительное измерение скорости, полученное в результате радиоволновых наблюдений массива, позволяет нам эффективно видеть туманность в 3-D. Когда мы начали поворачивать всю туманность в 3D, мы сразу увидели, что это действительно кольцо, а затем были поражены, увидев, что есть еще одно кольцо», — сказал Кастнер.
«Удивительно, но данные также показывают, что туманность, по-видимому, также содержит второе, богатое пылью молекулярное кольцо (Кольцо 2), обнаруженное в поглощении (пыли), в эмиссионных линиях с низким возбуждением, в H2 и (теперь) в 12CO. (2–1) — оно, кажется, лежит почти перпендикулярно Кольцу 1», — объясняют авторы в своем опубликованном исследовании.
Кольца смещены друг относительно друга, что объясняет, почему на 3D-виде второе кольцо стало более заметным. Команда сопоставила свои наблюдения с геометрической моделью, которая показала наклон 45° для Кольца 1 и 78° для Кольца 2.
Почему туманность Южное Кольцо имеет два смещенных кольца?
Авторы говорят, что мы имеем вид с полюса биполярной туманности, сформированной наличием второй звезды. Существует множество биполярных туманностей, в том числе такие известные, как туманность Бабочка.
Однако наличие второй звезды усложнило форму NGC 3132. «Мы предполагаем, что эта кажущаяся двухкольцевая структура может быть остатком эллипсоидной молекулярной оболочки выбросов AGB, которая была в основном рассеяна серией быстрых, но смещенных коллимированных потоков или струй», — объясняют авторы в своем исследовании. «Такой сценарий соответствовал бы гипотезе о том, что теряющий массу прародитель AGB NGC 3132 был членом взаимодействующей тройной звездной системы».
Это было бы логично, но авторы говорят, что невозможно прийти к выводу, что в текущих исследованиях участвовала третья звезда. «Для проверки этого умозрительного сценария формирования молекулярного экзоскелета NGC 3132 необходимы детальные модели динамических эффектов таких многозвездных опрокидывающихся струйных систем на молекулярные оболочки AGB», — объясняют авторы.
Присутствие всего этого молекулярного газа в туманности удивило ученых. Интенсивный ультрафиолет белого карлика должен расщеплять окись углерода и молекулярный водород. Но это не так.
«Откуда во Вселенной берутся углерод, кислород и азот?» — сказал Кастнер. «Мы видим, как он генерируется в умирающих звездах, подобных солнцу, подобно звезде, которая только что умерла и создала Южное кольцо. Большая часть этого молекулярного газа может оказаться в планетарных атмосферах, а атмосфера может способствовать возникновению жизни».
