環(huán)狀星云中發(fā)現(xiàn)巨大“鐵條”結(jié)構(gòu) 或為被毀行星殘骸之謎

一項最新研究顯示，在著名的環(huán)狀星云內(nèi)部隱藏著一條由電離鐵組成的狹長“鐵條”，這一前所未見的結(jié)構(gòu)可能是被垂死恒星摧毀的行星殘余，為行星與恒星晚期演化關(guān)系提供了全新線索。相關(guān)成果近日發(fā)表于《皇家天文學會月刊》，由倫敦大學學院（UCL）和卡迪夫大學牽頭的國際天文學家團隊完成。

環(huán)狀星云位于天琴座，是一團因類太陽恒星耗盡燃料、拋射外層氣體而形成的發(fā)光氣殼，最早于 1779 年被法國天文學家梅西耶記錄，編號為 M57（NGC 6720）。目前的研究認為，這一星云距離地球約 2600 光年，形成時間大約在 4000 年前，代表了太陽在數(shù)十億年后可能經(jīng)歷的典型“行星狀星云”階段。

此次發(fā)現(xiàn)的“鐵條”隱藏在環(huán)狀星云橢圓形內(nèi)層區(qū)域之中，其形態(tài)是一條狹長的鐵離子云帶，整條結(jié)構(gòu)可精確“嵌入”在星云內(nèi)圈之內(nèi)。研究團隊估算，這條鐵條長度約為地球繞日軌道半徑的 500 倍，所含鐵元素的總質(zhì)量也與一顆行星相當。

科研人員利用安裝在西班牙拉帕爾馬島 4.2 米威廉·赫歇爾望遠鏡上的新一代觀測設(shè)備 WEAVE，在其“大型積分視場裝置”（LIFU）模式下獲取了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這一裝置由數(shù)百根光纖組成，可在覆蓋整個星云范圍內(nèi)連續(xù)采集各個位置的光譜，實現(xiàn)對所有可見光波長的全面掃描，從而在任意波長上重建星云圖像并解析其化學成分分布。

論文第一作者、同時任職于 UCL 物理與天文系和卡迪夫大學的 Roger Wesson 博士表示，盡管環(huán)狀星云早已被多臺望遠鏡深入觀測，但 WEAVE 提供的全視場光譜數(shù)據(jù)讓他們以全新的方式“重新看見”這一天體。在處理和瀏覽數(shù)據(jù)生成的圖像時，一條由多重電離鐵原子發(fā)出的細長“亮帶”格外醒目，從而揭示了此前從未被發(fā)現(xiàn)的鐵條結(jié)構(gòu)。

目前，鐵條的起源仍是一個懸而未決的謎團。研究團隊提出，較為保守的可能性是，該結(jié)構(gòu)記錄了中央恒星在拋射物質(zhì)時的某種特殊動力學過程，為恒星晚期如何失去外層物質(zhì)提供新的約束。更具想象力的一種設(shè)想則認為，這可能是一顆巖質(zhì)行星在恒星膨脹演化階段被加熱、汽化后留下的彎曲鐵質(zhì)“弧狀殘骸”，但這一解釋尚屬推測，仍需更多證據(jù)支持。

論文合著者、UCL 物理與天文系教授 Janet Drew 指出，要真正判斷哪一種模型更合理，關(guān)鍵在于確認鐵條中是否伴生其他元素以及它們的豐度特征。這些化學“指紋”將幫助研究者判斷鐵條究竟是恒星自身演化物質(zhì)的產(chǎn)物，還是行星被破壞后的集中殘留。

團隊計劃開展后續(xù)觀測，繼續(xù)使用 WEAVE 的 LIFU 模式，但會提高光譜分辨率，以便更精細地測量鐵條的運動學和成分結(jié)構(gòu)。與此同時，WEAVE 在未來五年內(nèi)還將執(zhí)行八大巡天項目，從附近白矮星到遙遠星系均在其觀測范圍之內(nèi)，其中由 Drew 教授牽頭的“恒星—環(huán)星—星際物理”巡天已經(jīng)在觀測北天大量電離星云。

研究人員預計，環(huán)狀星云中的鐵條并非孤例，類似結(jié)構(gòu)可能在其他行星狀星云中同樣存在，只是此前受限于觀測手段而未被識別。隨著更多星云被以同樣方式觀測和分析，天文學家有望找到更多“鐵條”樣本，從統(tǒng)計上厘清其形成機制，以及其與行星毀滅、恒星化學循環(huán)之間的可能聯(lián)系。

WEAVE 項目科學家、格羅寧根大學的 Scott Trager 教授強調(diào)，這一發(fā)現(xiàn)展示了該儀器在揭示“熟悉天體中陌生結(jié)構(gòu)”方面的巨大潛力。對于無數(shù)北半球觀星者而言，環(huán)狀星云是一顆“老朋友”，但如今它內(nèi)部的一條隱秘鐵條，正迫使科學界重新思考恒星死亡與行星命運之間的復雜關(guān)系。

編譯自/ScitechDaily