一項(xiàng)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(xué)會(huì)月刊》，由倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）和卡迪夫大學(xué)牽頭的國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)完成。

環(huán)狀星云位于天琴座，是一團(tuán)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(xué)家梅西耶記錄，編號為 M57（NGC 6720）。目前的研究認(rèn)為，這一星云距離地球約 2600 光年，形成時(shí)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(tuán)隊(duì)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(dāng)。

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(yuǎn)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(gè)星云范圍內(nèi)連續(xù)采集各個(gè)位置的光譜，實(shí)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(xué)成分分布。

論文第一作者、同時(shí)任職于 UCL 物理與天文系和卡迪夫大學(xué)的 Roger Wesson 博士表示，盡管環(huán)狀星云早已被多臺望遠(yuǎn)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(shí)，一條由多重電離鐵原子發(fā)出的細(xì)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(gè)懸而未決的謎團(tuán)。研究團(tuán)隊(duì)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(shí)的某種特殊動(dòng)力學(xué)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(rèn)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(rèn)鐵條中是否伴生其他元素以及它們的豐度特征。這些化學(xué)“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(tuán)隊(duì)計(jì)劃開展后續(xù)觀測，繼續(xù)使用 WEAVE 的 LIFU 模式，但會(huì)提高光譜分辨率，以便更精細(xì)地測量鐵條的運(yùn)動(dòng)學(xué)和成分結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，WEAVE 在未來五年內(nèi)還將執(zhí)行八大巡天項(xiàng)目，從附近白矮星到遙遠(yuǎn)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(yù)計(jì)，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(xué)家有望找到更多“鐵條”樣本，從統(tǒng)計(jì)上厘清其形成機(jī)制，以及其與行星毀滅、恒星化學(xué)循環(huán)之間的可能聯(lián)系。

WEAVE 項(xiàng)目科學(xué)家、格羅寧根大學(xué)的 Scott Trager 教授強(qiáng)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(xué)界重新思考恒星死亡與行星命運(yùn)之間的復(fù)雜關(guān)系。

編譯自/ScitechDaily