天文学家意外发现环状星云中隐含一个巨大的铁质谜团|

信息来源：https://scitechdaily.com/a-colossal-iron-mystery-has-been-discovered-in-the-ring-nebula/

在距离地球2600光年的天琴座深处，著名的环状星云一直是业余天文爱好者的宠儿。但这个标志性的宇宙烟圈刚刚揭露了一个惊人秘密：它的内部隐藏着一条质量相当于火星的铁棒。这一发现不仅改写了我们对行星状星云的认知，还可能暗示着地球在数十亿年后的命运。

由伦敦大学学院和卡迪夫大学研究人员领导的国际团队，利用威廉·赫歇尔望远镜上的新型WEAVE仪器，首次捕捉到这条细长的铁质结构。这根铁棒位于星云内部区域，长度约为冥王星绕太阳公转轨道的500倍，其存在提出了一个引人深思的问题：是什么能在垂死恒星的剧烈喷发中留下如此巨量的铁？

新仪器揭开旧谜团

环状星云自1779年被法国天文学家查尔斯·梅西耶发现以来，已经被无数望远镜观测过。它在梅西耶星表中编号为M57，是研究行星状星云的经典对象。这个距离我们约2600光年的天体，是一颗类太阳恒星在耗尽核心氢燃料后抛出外层物质形成的发光气壳。

这张环状星云（也称梅西耶57或NGC 6720）的合成RGB图像由四张WEAVE/LIFU发射线图像拼接而成。明亮的外环由三种不同的氧离子发射的光组成，而中间的“棒状”结构则是由四电离铁原子等离子体发射的光构成。图片来源：Roger Wesson等/MNRAS

论文第一作者罗杰·韦森博士解释说，尽管环状星云已经被许多不同的望远镜和仪器研究过，但WEAVE望远镜让他们能够以一种全新的方式观测它。WEAVE的大型积分场单元由数百根光纤捆绑而成，这种装置使研究人员能够同时捕获星云各个部分以及所有光学波长的光谱。

通过连续获取整个星云的光谱，团队可以创建星云在任何波长下的图像，并确定其在任何位置的化学成分。当他们处理数据并浏览图像时，一个前所未见的特征清晰地显现出来：在这个熟悉而标志性的圆环中间，存在着一条由电离铁原子构成的细长棒状结构。

这条铁棒正好位于星云内部区域，该区域呈椭圆形，此前已通过包括詹姆斯·韦伯太空望远镜在内的多个望远镜在红外波段拍摄的图像中有所展现。但直到WEAVE的高分辨率光谱观测，科学家们才意识到这个区域富含电离铁。

行星灰烬还是喷发奥秘

目前科学家们尚不清楚这根铁棒是如何形成的。研究团队表示，需要进行更多观测才能解开这个谜团。一种可能性是，该结构蕴藏着关于垂死恒星如何喷射物质的新线索。当类太阳恒星演化到生命末期，它会膨胀成为一颗极端红巨星，并开始抛射外层物质。

这个过程极其复杂，涉及恒星内部的对流、磁场活动以及辐射压的综合作用。铁棒的存在可能表明，在某些特定条件下，重元素会在星云中以意想不到的方式聚集。这将为理解恒星物质喷射的动力学机制提供重要线索。

这是一组共8张WEAVE LIFU发射线图像，展示了环状星云的发射线。每幅图像中的颜色代表发射线的亮度，棕红色表示最高强度，依次过渡到黄色、绿色，最后蓝色表示最弱的发射线。图像上方为北，左侧为东。图片来源：Roger Wesson等/MNRAS

另一种更具推测性的观点认为，这根铁棒可能是恒星早期膨胀时，一颗岩质行星汽化后形成的弯曲等离子体弧。当红巨星膨胀时，其半径可能增长到吞没内层行星的轨道。如果环状星云的前身星曾经拥有类似地球或火星这样的岩质行星，那么当恒星膨胀到吞没这些行星时，行星会被极端高温汽化。

岩质行星的核心主要由铁和镍组成，这些重元素在汽化过程中可能不会均匀分散，而是形成特定的结构。铁棒的质量相当于火星，这一惊人的巧合让这个假说更加引人入胜。

论文合著者、伦敦大学学院的珍妮特·德鲁教授强调说，我们确实需要了解更多信息，特别是新发现的铁元素是否与其他化学元素共存，因为这或许能帮助确定应该采用哪种模型。目前正缺少这些重要信息。

太阳的未来缩影

环状星云被认为形成于约4000年前，从天文学角度看这是一个非常年轻的天体。它的中心残留着一颗炽热的白矮星，这是恒星核心在停止核聚变后形成的致密天体。尽管不再燃烧任何燃料，白矮星会在数十亿年的时间里缓慢冷却并持续发光。

行星状星云的喷发将恒星内部锻造的物质返回星际空间，是宇宙中碳和氮等元素的重要来源，而这些元素是地球生命的关键组成部分。数十亿年后，太阳预计也会经历类似的转变，届时地球和其他内层行星的命运将与环状星云中那根神秘铁棒的起源息息相关。

如果铁棒确实是行星灰烬，那么它可能是地球未来命运的预演。当太阳演化成红巨星时，它的半径将扩展到超过地球轨道，届时地球可能被吞没并汽化。这个发现为我们提供了一个独特的视角，让我们得以窥见数十亿年后太阳系可能的终极景象。

研究团队正在准备一项后续研究，计划使用WEAVE进行更高光谱分辨率的观测。这些新观测将有助于阐明铁结构的形成方式及其组成成分。WEAVE项目计划在未来五年内开展八项大型巡天观测，观测对象涵盖从近距离白矮星到极其遥远的星系。

韦森博士指出，如果环状星云中的铁棒是独一无二的，那将非常令人惊讶。因此团队希望，随着观测和分析更多以相同方式形成的星云，能够发现更多这种现象的例子，这将有助于了解铁的来源。

格罗宁根大学的WEAVE项目科学家斯科特·特拉格教授表示，在北半球天空观察者钟爱的夜空瑰宝中发现这一迷人的、此前未知的结构，展示了WEAVE令人惊叹的能力。这只是这台新仪器众多发现的开始。