揭開宇宙蝴蝶的隱秘核心

一只“宇宙蝴蝶”

在距離地球大約3400光年的天蝎座中，有一只“宇宙蝴蝶”正在振翅。它被稱為“蝴蝶星云”，是銀河系中被研究得最深入的行星狀星云。

蝴蝶星云是一個(gè)偶極星云：兩片巨大的羽翼狀氣體云向相反方向展開，宛如蝴蝶的翅膀；中間一條暗色塵帶宛如蝴蝶的身體。實(shí)際上，如果從側(cè)面看，會發(fā)現(xiàn)這條暗色塵帶實(shí)際上是一個(gè)形狀類似甜甜圈的塵埃環(huán)面，它恰好遮住了星云中心的恒星。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的蝴蝶星云NGC 6302。（圖/ESA/Webb, NASA & CSA, K. Noll, J. Kastner, M. Zamani）

被掩藏的這顆恒星是一顆類太陽恒星的古老核心，它為周圍的星云提供能量，并使其發(fā)光。而這個(gè)厚重的塵埃環(huán)也可能正是蝴蝶星云擁有如此奇特形態(tài)的原因——它阻止了氣體在各個(gè)方向均勻地?cái)U(kuò)散。

一直以來，由于缺乏能夠看透塵埃的“眼睛”，天文學(xué)家一直無法看見星云核心的細(xì)節(jié)。但韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）的出現(xiàn)，改變了這一切，它所搭載的中紅外儀器 MIRI能有效穿透塵埃。

揭開核心隱藏的細(xì)節(jié)

在分析JWST的新數(shù)據(jù)時(shí)，研究人員識別出了近200條光譜線。每一條都攜帶著星云中原子和分子的獨(dú)特信息，勾勒出由不同化學(xué)成分構(gòu)成的層層嵌套、彼此交織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

蝴蝶星云：左邊和中間的圖像是由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在光學(xué)和近紅外下拍攝的。右邊的圖像結(jié)合了韋布空間望遠(yuǎn)鏡和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡（ALMA）的觀測數(shù)據(jù)。（圖/ESA/Webb, NASA & CSA, M. Matsuura, J. Kastner, K. Noll, ALMA, N. Hirano, J. Kastner, M. Zamani）

研究人員終于首次確認(rèn)了蝴蝶星云中心恒星的位置。這顆恒星的溫度高達(dá)22萬開爾文，是銀河系已知行星狀星云中最熾熱的中心恒星之一。

這顆熾熱的“恒星引擎”點(diǎn)亮了整個(gè)星云，但它的能量似乎被周圍的塵埃環(huán)面所引導(dǎo)。JWST的新數(shù)據(jù)表明，這個(gè)環(huán)面主要由晶體硅酸鹽（類似石英）以及形狀不規(guī)則的塵粒構(gòu)成。這些塵粒的大小約為百萬分之一米，在宇宙塵中已算得上“巨大”，說明它們在星云中已經(jīng)積累和生長了很長時(shí)間。

深入蝴蝶星云的中心。（圖/ESA/Webb, NASA & CSA, M. Matsuura, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Hirano, M. Zamani (ESA/Webb)）

在環(huán)面之外，不同元素和分子的輻射勾勒出多層結(jié)構(gòu)——需要最高能量才能形成的離子集中在靠近核心的位置；能量需求較低的離子則分布在更外層。尤其值得一提的是，鐵和鎳的分布揭示了一對從恒星向相反方向噴射的強(qiáng)大噴流。

更令人驚喜的是，研究團(tuán)隊(duì)還在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了多環(huán)芳烴（PAHs）的光譜特征。這類碳基分子形成扁平的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，很像蜂巢中的六邊形。

在地球上，PAHs常見于篝火煙霧、汽車尾氣或烤焦面包的煙霧中。研究人員推測，在蝴蝶星云中，當(dāng)來自核心恒星的風(fēng)形成的“氣泡”沖入周圍氣體中時(shí)，就可能觸發(fā)了這些分子的生成。這或許是首次在富氧的行星狀星云中發(fā)現(xiàn)PAHs形成的證據(jù)，為我們提供了理解這些分子如何產(chǎn)生的重要線索。

從哈勃的絢麗影像，到JWST的深度解碼，我們看到的不僅是一只美麗的宇宙蝴蝶，而是生命與行星材料的循環(huán)——恒星在死亡中播撒塵埃，這些塵埃可能最終凝聚成新的世界，甚至孕育出生命。

JWST帶給我們的，不只是震撼的視覺享受，更是關(guān)于“我們從哪里來”的科學(xué)答案。而蝴蝶星云，只是這部宇宙史詩中的一個(gè)篇章。

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#參考來源：

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_investigates_complex_heart_of_a_cosmic_butterfly

https://ras.ac.uk/news-and-press/research-highlights/cosmic-butterfly-reveals-clues-earths-creation

#圖片來源：

封面圖：ESA/Webb, NASA & CSA, K. Noll, J. Kastner, M. Zamani (ESA/Webb)

首圖：ESA/Webb, NASA & CSA, M. Matsuura, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Hirano, M. Zamani (ESA/Webb)