«Космическая бабочка» раскрывает тайну создания Земли

Фото из открытых источников

Подсказки о том, как могли образоваться миры, подобные Земле, были обнаружены в самом сердце впечатляющей «космической бабочки». Исследователи утверждают, что с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба они совершили большой шаг вперёд в нашем понимании того, как формируется исходный материал каменистых планет. Новое исследование было опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Эта космическая пыль — мельчайшие частицы минералов и органического материала, в состав которых входят ингредиенты, связанные с зарождением жизни, — изучалась в ядре туманности Бабочка, NGC 6302, которая расположена на расстоянии около 3400 световых лет от нас в созвездии Скорпиона.

От плотного пылевого тора, окружающего звезду, скрытую в центре туманности, до ее исходящих струй — наблюдения Уэбба открывают множество новых открытий, которые рисуют невиданную ранее картину динамичной и структурированной планетарной туманности.

Большая часть космической пыли имеет аморфную, или хаотично ориентированную, атомную структуру, как сажа. Но некоторые её частицы образуют красивые кристаллические формы, больше похожие на крошечные драгоценные камни.

«Годами учёные спорят о том, как образуется космическая пыль в космосе. Но теперь, благодаря мощному космическому телескопу имени Джеймса Уэбба, мы, наконец, можем получить более чёткую картину», — объясняет ведущий автор исследования Микако Мацуура из Кардиффского университета. «Нам удалось увидеть как прохладные драгоценные камни, образовавшиеся в спокойных, долгоживущих зонах, так и огненную грязь, созданную в бурных, быстро движущихся частях космоса, и все это в пределах одного объекта. Это открытие — большой шаг вперед в понимании того, как образуются основные материалы планет».

Центральная звезда туманности Бабочка — одна из самых горячих известных центральных звезд в планетарной туманности нашей галактики, ее температура составляет 220 000 Кельвинов.

Этот пылающий звездный двигатель отвечает за великолепное свечение туманности, но его полная мощность может направляться плотной полосой пылевого газа, которая его окружает: тором.

Новые данные Уэбба показывают, что тор состоит из кристаллических силикатов, таких как кварц, а также пылевых частиц неправильной формы. Размеры пылевых частиц составляют порядка миллионной доли метра — это очень много для космической пыли, что указывает на их длительный рост.

За пределами тора излучение различных атомов и молекул приобретает многослойную структуру. Ионы, требующие наибольшей энергии для образования, концентрируются вблизи центра, а те, которым требуется меньше энергии, находятся дальше от центральной звезды.

Особый интерес представляют железо и никель, которые образуют пару струй, выбрасываемых из звезды в противоположных направлениях.

Интересно, что команда также обнаружила свет, излучаемый молекулами на основе углерода, известными как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Они образуют плоские кольцеобразные структуры, очень похожие на соты в пчелиных ульях.

На Земле мы часто находим ПАУ в дыме от костров, выхлопных газах автомобилей или подгоревших тостах.

Учитывая расположение ПАУ, исследовательская группа предполагает, что эти молекулы образуются, когда «пузырь» ветра от центральной звезды взрывается в окружающем ее газе.

Это может быть первым в истории доказательством образования ПАУ в богатой кислородом планетарной туманности, что дает важную возможность заглянуть в детали формирования этих молекул.

NGC 6302 — одна из наиболее изученных планетарных туманностей в нашей галактике, ее изображения ранее были получены космическим телескопом «Хаббл».

Планетарные туманности — одни из самых красивых и неуловимых созданий космического зоопарка. Эти туманности образуются, когда звёзды с массой от 0,8 до восьми масс Солнца теряют большую часть своей массы в конце своей жизни. Фаза планетарной туманности мимолётна и длится всего около 20 000 лет.

Вопреки названию, планетарные туманности не имеют ничего общего с планетами: путаница с названиями началась несколько сотен лет назад, когда астрономы сообщили, что эти туманности выглядят круглыми, как планеты.

Название прижилось, хотя многие планетарные туманности вовсе не круглые, а туманность Бабочка — яркий пример фантастических форм, которые могут принимать эти туманности.

Туманность Бабочка — биполярная туманность, то есть состоящая из двух долей, расходящихся в противоположных направлениях, образующих «крылья» бабочки. Тёмная полоса пылевого газа принимает форму «тела» бабочки.

Эта полоса на самом деле представляет собой тор в форме пончика, видимый сбоку. Он скрывает центральную звезду туманности — древнее ядро солнцеподобной звезды, питающей туманность энергией и заставляющей её светиться. Пыльный пончик может быть причиной насекомоподобной формы туманности, препятствуя равномерному движению газа от звезды во всех направлениях.

Новое изображение, полученное с помощью телескопа Уэбба, позволяет увеличить центр туманности Бабочка и её пылевой тор, предоставляя беспрецедентное представление о её сложной структуре. Изображение получено с помощью инструмента MIRI (среднего инфракрасного диапазона) телескопа Уэбба, работающего в режиме интегральной единицы поля.

Этот режим объединяет камеру и спектрограф для одновременной съемки на разных длинах волн, показывая, как меняется внешний вид объекта в зависимости от длины волны. Исследовательская группа дополнила наблюдения Уэбба данными, полученными с помощью Atacama Large Millimeter/submillimeter Array – мощной сети радиоантенн.

Анализируя данные телескопа Уэбба, исследователи выявили около 200 спектральных линий, каждая из которых содержит информацию об атомах и молекулах в туманности. Эти линии выявляют вложенные и взаимосвязанные структуры, образованные различными химическими веществами.

Исследовательской группе удалось определить точное местоположение центральной звезды туманности Бабочка, которая нагревает вокруг себя ранее не обнаруженное пылевое облако, заставляя его ярко светиться в среднем инфракрасном диапазоне длин волн, к которому чувствителен MIRI.

Местоположение центральной звезды туманности до сих пор оставалось неясным, поскольку окутывающая её пыль делает её невидимой в оптическом диапазоне. Предыдущие поиски звезды не имели необходимого сочетания инфракрасной чувствительности и разрешения, чтобы обнаружить её поглощающее свет тёплое пылевое облако.