3D视角看南环星云，它竟不是一个环

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原作：Evan Gough 2024.4.23

翻译：Yin

校译：Hygee

编排：刘斯媛

后台：朱宸宇

https://www.universetoday.com/166711/see-the-southern-ring-nebula-in-3d/

南环星云，也即NGC 3132，是詹姆斯·韦伯太空望远镜最早观测的天体之一。天文学家正在通过其他天文台对该星云进行更深入的研究，以深入对其结构的理解。

图片来源：美国宇航局/欧空局/加拿大航天局/空间望远镜研究所

行星状星云是自然界最令人惊叹的视觉景观之一。但其名称颇具误导性，请别被其“行星”二字所迷惑，因为实则它们是恒星而非行星的遗骸。然而，这并不妨碍它们成为那些令人窒息的美景，更不降低其在科学研究中的重要地位。

像所有行星状星云一样，南环星云是像太阳这样的恒星死亡的遗迹。随着恒星年龄的增长，它们最终将成为红巨星，膨胀并向太空剥离气体层。最终，这颗红巨星将变成一颗白矮星，这是一个停止核聚变的恒星遗骸，它将会释放出它所拥有的任何残余热能，而不再产生新的能量。白矮星会点亮早些时候抛洒出的气体层，而我们碰巧欣赏到这场演出。

当人们期待已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）开始传送图像时，南环星云(NGC 3132)便位于它的首批观测目标名单之中。它是组成该望远镜第一个科学成果的五个天体之一。JWST的图像揭示了关于NGC 3132的一个惊人发现：它内部竟然包含着两颗恒星。白矮星位于NGC 3132的中心,而伴星距离它40到60个天文单位,这大约是冥王星与太阳的距离。

研究人员希望能对南环星云的结构有更多的了解。JWST在红外波段工作，可以对星云中的暖氢成像。但为了获得更完整的星云图像，罗切斯特理工学院(RIT)的一组研究人员转向了亚毫米波阵列望远镜(SMA)。SMA可以感应到JWST无法探测到的星云中较冷的CO(一氧化碳)。它感知CO的存在，并测量其速度和其他分子的速度。

这项研究发表在《天体物理杂志》（The Astrophysical Journal）上，题为“环状行星状星云NGC 3132的分子骨架”（The Molecular Exoskeleton of the Ring-like Planetary Nebula NGC 3132）。RIT物理与天文学院的卡斯特纳(Joel Kastner)教授是其主要作者。

新的观测结果表明，星云的大部分氢都在一个较大的膨胀中的环中，第二个正在膨胀的环几乎垂直于第一个环。

卡斯特纳解释道：“JWST向我们展示了氢分子及其在天空中的堆积方式，而亚毫米波阵列向我们展示的是在JWST的图像中看不到的更冷的一氧化碳。”

这项研究中的图表展示了SMA测得的NGC 3132中三个分子的速度。从左到右依次为：12CO、13CO和CN(氰化物)。这些图像清楚地显示了星云中的基本环。

图源：Kastner等人.

卡斯特纳说：“从阵列的无线电波长观测中获得的额外速度维度有效地使我们能够以三维的视角观看星云。当我们开始在三维中旋转整个星云时，我们立刻看到它真的是一个环，随即我们惊讶地看到还有另一个环。”

作者在他们发表的研究中解释道：“令人惊讶的是，数据进一步揭示，该星云似乎还包含第二个富尘埃的分子环(环2)——通过(尘埃)吸收、低激发发射线、H2和(目前的)12CO(2-1)检测出——它看起来几乎与环1垂直。”

这项研究的图表将SMA对NGC 3132的观测结果与JWST的红外图像对比呈现，左列展示了SMA的观测，右列展示了JWST的图像。底部的图像显示了星云中不同速率的分子。浅蓝色的速率显示的是主环的存在，红色和粉红色的高速率团簇则显示了第二个环的存在。

图片来源：Kastner等人2024。

这两个环错位排列，这也解释了为什么在3D视角中第二个环更为清晰可见。该团队将他们的观测结果处理为一个几何模型，该模型显示1号环的倾斜度为45°，2号环的倾斜度为78°。

已发表的研究的面板显示了NGC 3132周围的两个环。左侧面板显示的环1为45°,环2为78°。右侧面板显示了两个环，环1的倾角为15°。图片来源：Kastner等人.

为什么南环星云有两个错位的环呢？

作者说，我们正好处于双极星云的两极观测视角，其形态受到第二颗恒星的影响而呈现出双极性。在宇宙中有许多双极星云，其中就包括著名的蝴蝶星云。

哈勃望远镜拍摄的蝴蝶星云。图源：美国宇航局、欧空局和哈勃SM4 ERO团队http://www.hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2009/25/image/f/，公有领域，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7777740

然而，第二颗恒星的存在使NGC 3132的形状变得复杂。作者在他们的研究中解释道：“我们认为，这种明显的双环结构可能是AGB(渐近支巨星)喷出物的椭球分子包层的遗迹，该分子包层主要被一系列快速喷射出但未对准的准直外向流或喷流所分散。”“这种情况与NGC 3132的质量损失的AGB前身星是相互作用的三星系统一员的假设相一致。”

这种解释是合理的，但作者表示，目前还无法得出有第三颗恒星参与当前研究系统的结论。作者解释道：“需要这种多恒星倾泻喷流系统对AGB分子包层的动力学影响的详细模拟，来检验对NGC 3132分子骨架形成的这种推测场景。”

星云中存在如此丰富的分子气体令科学家们感到吃惊。来自白矮星的强烈紫外线应该将一氧化碳和氢分子分解。然而事实并非如此。

卡斯特纳问到:“宇宙中的碳、氧和氮从何而来？”“我们看到它在即将死亡的类太阳恒星中产生，就像刚刚死亡并形成南环星云的恒星一样。许多分子气体可能最终落入行星的大气层，因而大气层可以孕育生命。”

责任编辑：DAIKIN

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图片来源 ：NASA

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