韦伯望远镜在蝴蝶星云发现了闪亮而炽热的尘埃和神秘的分子

在蝴蝶星云的中心，詹姆斯韦伯太空望远镜发现了闪闪发光的晶体、炽热的尘埃和神秘的分子，这可以解释像地球这样的岩石行星是如何形成的。科学家们发现了宝石状的硅酸盐和烟雾状的颗粒，以及在意想不到的地方出现的与生命相关的碳结构。这些发现不仅展现了星云令人眼花缭乱的美丽，也揭示了孕育恒星、行星乃至生命本身的隐藏化学反应。

这幅图像结合了詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外数据和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的亚毫米波观测数据，展现了蝴蝶星云中心恒星周围环绕的环形环面和相互连接的尘埃气泡。从我们的角度来看，环面垂直排列，几乎是边缘朝向，并与包围恒星的气泡相交。在图像中，这些气泡呈现鲜红色，被氦气和氖气的光线照亮。气泡外部，由电离铁辐射追踪的喷流向相反方向喷射。图片来源：ESA/Webb、NASA 和 CSA、M. Matsuura、ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）、N. Hirano、M. Zamani（ESA/Webb）

在令人眼花缭乱的“宇宙蝴蝶”中心，我们发现了类似地球的行星最初如何出现的线索。

利用詹姆斯韦伯太空望远镜，科学家报告在理解岩石行星基本组成部分如何形成方面取得了重大进展。

蝴蝶星云 (NGC 6302) 位于天蝎座，距离我们约 3400 光年，其中心的研究人员研究了宇宙尘埃，它由微小的矿物和有机颗粒组成，其中还含有与生命起源相关的元素。

从星云隐藏恒星周围的厚厚尘埃环到向外流出的物质流，韦伯的观测揭示了新的细节，为高度结构化和充满活力的行星状星云提供了迄今为止最详细的观察。

该研究结果于8月27日发表在《皇家天文学会月刊》上。

这张带注释的图片带领观众深入探索蝴蝶星云 NGC 6302 的核心，这是詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的。图片来源：ESA/Webb、NASA & CSA、M. Matsuura、ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）、N. Hirano、M. Zamani（ESA/Webb）

虽然大多数宇宙尘埃具有不规则的烟灰状结构，但其中一些排列成类似于微型宝石的引人注目的晶体形状。

“多年来，科学家们一直在争论宇宙尘埃是如何在太空中形成的。但现在，在强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜的帮助下，我们可能终于能更清晰地了解宇宙尘埃了。”首席研究员、卡迪夫大学的松浦美佳子博士说道。

“我们能够看到在平静、持久区域形成的冷宝石和在剧烈、快速移动的空间部分产生的火热污垢，所有这些都在一个物体内。这一发现对于理解行星基本物质如何聚集是一大进步。”

这组图片展示了蝴蝶星云的三幅图像，包括哈勃望远镜拍摄的可见光和近红外图像（左图和中图），以及最新的韦伯/阿尔玛（ALMA）图像。图片来源：ESA/韦伯、NASA & CSA、M. Matsuura、J. Kastner、K. Noll、ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）、N. Hirano、J. Kastner、M. Zamani（ESA/韦伯）

蝴蝶星云的中心恒星是我们银河系中行星状星云中已知最热的中心恒星之一，温度为 220000 开尔文。

这个炽热的恒星引擎是星云绚丽光芒的来源，但它的全部能量可能由环绕它的浓密尘埃气体带——环面——所引导。

韦伯望远镜的新数据显示，该环面由类似石英的结晶硅酸盐以及形状不规则的尘埃颗粒组成。这些尘埃颗粒的尺寸约为百万分之一米——就宇宙尘埃而言，这已经相当大了——这表明它们已经生长了很长时间。

在环面之外，不同原子和分子的辐射呈现出多层结构。形成所需能量最大的离子集中在靠近中心的位置，而所需能量较少的离子则位于距离中心恒星较远的位置。铁和镍尤其有趣，它们追踪着一对从恒星向外以相反方向喷射的喷流。

有趣的是，研究小组还发现了一种名为多环芳烃（PAH）的碳基分子发出的光。它们形成扁平的环状结构，很像蜂巢里的蜂窝形状。在地球上，我们经常在篝火、汽车尾气或烤焦的面包的烟雾中发现多环芳烃。

考虑到多环芳烃的位置，研究小组怀疑这些分子是在来自中心恒星的风“泡”爆发到周围气体时形成的。这可能是有史以来第一个在富氧行星状星云中形成多环芳烃的证据，为我们了解这些分子的形成细节提供了重要的帮助。

NGC 6302 是我们银河系中研究最深入的行星状星云之一，之前曾被哈勃太空望远镜拍摄到。

行星状星云是宇宙动物园中最美丽、最难以捉摸的成员之一。这些星云形成于质量约为太阳质量0.8至8倍的恒星在其生命末期失去大部分质量时。行星状星云阶段转瞬即逝，仅持续约2万年。

与名称相反，行星状星云与行星无关：命名混乱始于几百年前，当时天文学家报告说这些星云呈圆形，像行星一样。尽管许多行星状星云根本不是圆形的，但这个名字仍然沿用下来——而蝴蝶星云就是这些星云所呈现的奇妙形状的典型例子。

蝴蝶星云是一个双极星云，这意味着它有两个向相反方向伸展的叶状结构，形成蝴蝶的“翅膀”。一条暗色的尘埃气体带则构成了蝴蝶的“身体”。

从侧面看，这条带状结构实际上是一个甜甜圈状的环面，遮住了星云的中心恒星——一颗类似太阳的恒星的古老核心，它为星云提供能量并使其发光。这个布满尘埃的甜甜圈状结构可能是星云呈昆虫状的原因，因为它阻止了气体从恒星向各个方向均匀流动。

韦伯太空望远镜的新图像放大了蝴蝶星云的中心及其尘埃环面，提供了前所未有的复杂结构视角。该图像使用了韦伯太空望远镜中红外仪器（MIRI）在积分场单元模式下的数据。

这种模式结合了相机和光谱仪，可以同时拍摄多种不同波长的图像，从而揭示物体外观如何随波长变化。研究团队利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（一个强大的射电天线网络）的数据，补充了韦伯望远镜的观测数据。

研究人员分析了这些韦伯数据，发现了近200条谱线，每条谱线都包含有关星云中原子和分子的信息。这些谱线揭示了由不同化学物质追踪的嵌套和互连结构。

研究小组能够精确定位蝴蝶星云中心恒星的位置，该恒星加热了周围先前未被发现的尘埃云，使后者在 MIRI 敏感的中红外波长下发出明亮的光芒。

由于尘埃的笼罩，该星云中心恒星的位置至今仍难以确定，因为在可见光波段，恒星无法被可见光所感知。此前对该恒星的搜寻缺乏足够的红外灵敏度和分辨率，无法探测到其遮蔽的温暖尘埃云。

编译自/scitechdaily