韦布望远镜发现了一颗恒星混乱的死亡遗迹

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作者：Macquarie University

翻译：盛衍钧

校对：何永强 涂天宇 曹雷

编排：王招君

后台：李子琦

https://phys.org/news/2022-12-messy-death-star-webb.html

美国宇航局的詹姆斯·韦布太空望远镜提供了两个极为不同的南环星云图片。每张图片都结合了透过望远镜三个滤光片的近红外和中红外光信号。我们从左边的南环星云图像中可以很明显的看到围绕着两颗中心恒星的非常热的气体。右图中，韦布的图像追踪了恒星分散的分子外流，这些分子外流已经到达宇宙的更远处。在左图中，蓝色和绿色表示韦布在1.87和4.05微米（F187N和F405N）拍摄的近红外数据，红色则表示韦布在18微米（F1800W）拍摄的中红外数据。在右图中，蓝色和绿色表示韦布在2.12和4.7微米（F212N和F470N）拍摄的近红外数据，红色表示韦布在7.7微米（F770W）的中红外数据。

资料来源：NASA，ESA，CSA和O. De Marco（麦考瑞大学）

图像处理：J. DePasquale (STScI)

大约2500年前，一颗恒星向外喷出了它的大部分气体，形成了美丽的南环星云（NGC 3132），它被选为詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）首批的五个拍摄目标之一。

一个由来自欧洲、美洲以及亚洲的66个组织的近70名天文学家组成的团队，利用JWST的图像拼接出了这颗恒星混乱的死亡过程。

“它的大小几乎是我们太阳的三倍，但要年轻得多，大约有5亿年历史。它产生了气体云，从抛射点扩展出去，并留下了一颗残余的致密白矮星，其质量约为太阳的一半，体积和地球差不多。”来自麦考瑞大学天文学、天体物理学和天体光子学研究中心的论文第一作者Orsola De Marco教授谈道。

她说：“我们惊讶地发现，有两到三颗伴星可能加速了它的死亡，还有一颗‘无辜的旁观者’也被卷入其中。”

这项研究基于JWST的图像，并辅以来自智利欧南台（ESO）甚大望远镜、墨西哥San Pedro de Mártir望远镜、Gaia太空望远镜和哈勃太空望远镜的数据。

仔细观察那些穿透南环星云边缘的气体和尘埃环的笔直、明亮的线条。这些“辐条”似乎是从一颗或两颗中心恒星发出的，标志着物质从星云中的孔洞中流过。一个研究小组预测，这些直线可能在数百年前就已经射出，而且速度比那些看起来更粗、更弯的线条要大。另一种线条有可能是由一种混合的物质发出的，它在运动过程中减速，产生了弯曲的形状。在这张图片中，蓝色和绿色表示韦布在2.12和4.7微米（F212N和F470N）拍摄的近红外数据，红色则表示韦布在7.7微米（F770W）拍摄的中红外数据。

资料来源：NASA，ESA，CSA和O. De Marco（麦考瑞大学）

图像处理：J. DePasquale (STScI)

这项研究为未来JWST对星云的观测铺平了道路，让我们能够更深入地了解一些基本的天体物理过程——包括碰撞星风和双星的相互作用，对关于超新星和引力波系统的研究有着积极的影响。

“当我们第一次看到这些图像时，我们知道我们必须要去做一些事情，我们必须要深入研究它们！大家聚集在一起，从这一张随机选择的星云图像中，我们能够辨别出比以往更精确的结构。詹姆斯·韦布太空望远镜的前景令人难以置信。”De Marco说，她也是国际天文学联合会行星状星云委员会的主席。

天文学家们聚集在网上，围绕这幅中红外图像发展相关理论、建立模型，以重建这颗恒星的死亡过程。

这五颗恒星是如何形成南环星云的呢？图1显示了一个更广阔的区域，有1号、2号和5号恒星，其中5号恒星围绕1号恒星的轨道远比2号恒星更紧密。图2将场景放大，另外两颗恒星（3号和4号）出现在视野中；3号恒星正在向外喷射物质。图3显示了1号星在老化过程中的膨胀。3号和4号恒星都向外喷射气体。在图4中，我们可以看到光和星风是如何雕刻出一个气泡状的空洞的。1号星被一个尘埃盘所包围。在第五幅图中，5号恒星正在与喷出的气体和尘埃相互作用，产生了在星云外部看到的大环系统。第六幅图描绘了我们今天观察到的场景。

资料来源：NASA, ESA, CSA, E. Wheatley (STScI)

在星云中心闪耀的是一颗超热的中心恒星，这是一颗白矮星，已经燃尽了它的氢。来自美国罗切斯特理工学院的另一名团队成员Joel Kastner说：“这颗恒星现在又小又热，但是被冷的尘埃包围着。我们认为，我们看到的那些被扔得到处都是的气体和尘埃一定是来自那颗恒星，但它自己又被伴星抛到了特殊的方向。”

还有一系列的螺旋结构从中心向外移动。这些同心的拱形结构是在中心恒星失去质量时，一个伴星绕着中心恒星运行时产生的。另一个伴星在更远的地方，在图片中也可以看到。

根据数据的三维重建，研究小组还看到了成对的突起，这些突起可能发生在天体以喷流形式抛射物质的时候。这些都是不规则的，并向不同的方向射出，可能意味着在中心有三颗星的相互作用。

De Marco说：“我们首先推断出近距离伴星的存在，因为中心恒星周围有尘埃盘，更远的伴星产生了拱形结构，以及在图像中可以看到的超远伴星。一旦看到喷射出的气流，我们就知道在中心一定还有另一颗甚至两颗恒星参与其中，所以我们相信有一个或两个非常近的伴星，另外一个在中距离，还有一个非常远的。如果是这样的话，有四个甚至五个天体参与了这次混乱的恒星死亡过程。”

责任编辑：黄婧

牧夫新媒体编辑部

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来源：NASA

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