Wskazówki dotyczące tego, jak światy podobne do Ziemi mogły powstać, zostały znalezione zakopane w samym sercu spektakularnego „kosmicznego motyla”.
Z pomocą Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba, badacze twierdzą, że dokonali sporych postępów w naszym zrozumieniu tego, jak surowe materiały planet skalistych łączą się ze sobą.
Ten kosmiczny pył – maleńkie cząsteczki minerałów i materiałów organicznych, które zawierają składniki związane z początkami życia – został zbadany w centrum Mgławicy Motyla, NGC 6302, znajdującej się około 3400 lat świetlnych od naszej planety w konstelacji Skorpiona.
Od gęstego, pylistego torusa otaczającego gwiazdę ukrytą w centrum mgławicy po jej wypływające strumienie, obserwacje Webba odkrywają wiele nowych odkryć, które przedstawiają nigdy wcześniej nie widziany portret dynamicznej i zorganizowanej mgławicy planetarnej.
Zostały opublikowane 27 sierpnia w Miesięczniku Towarzystwa Królewskiego Astronomicznego.
Większość kosmicznego pyłu ma amorficzną lub przypadkowo zorientowaną strukturę atomową, jak sadza. Ale część z niego tworzy piękne, krystaliczne kształty, bardziej przypominające małe klejnoty.
„Przez lata naukowcy spierali się o to, w jaki sposób kosmiczny pył formuje się w kosmosie. Teraz, dzięki potężnemu Teleskopowi Kosmicznemu Jamesa Webba, możemy ostatecznie mieć jasny obraz” – powiedziała główna badaczka dr Mikako Matsuura z Uniwersytetu w Cardiff.
„Byliśmy w stanie zobaczyć zarówno chłodne klejnoty utworzone w spokojnych, trwających długo strefach, jak i gorące brudy, stworzone w gwałtownych, szybkich częściach kosmosu, wszystko w jednym obiekcie.
„To odkrycie jest wielkim krokiem naprzód w zrozumieniu tego, jak podstawowe materiały planet łączą się ze sobą”.
Gwiazda centralna Mgławicy Motyla jest jedną z najgorętszych znanych gwiazd centralnych w mgławicy planetarnej naszej galaktyki, o temperaturze 220,000 Kelvinów.
Te płonący silnik gwiazdorski odpowiada za wspaniałe świecenie mgławicy, ale jej pełna moc może być kanalizowana przez gęsty pas pyłowego gazu, który ją otacza: torus.
Nowe dane z Webba pokazują, że torus składa się z krystalicznych krzemianów, takich jak kwarc, a także nieregularnie ukształtowanych ziaren pyłu. Ziarna pyłu mają rozmiary rzędu milionowej części metra – duże, jeśli chodzi o kosmiczny pył – co wskazuje, że rosły przez długi czas.
Poza torusem, emisja z różnych atomów i cząsteczek przyjmuje wielowarstwową strukturę. Jony, które wymagają największej ilości energii do powstania, są skoncentrowane blisko centrum, podczas gdy te, które wymagają mniejszej ilości energii, znajdują się dalej od centralnej gwiazdy.
Żelazo i nikiel są szczególnie interesujące, śledząc parę strug wyrzutów, które wybuchają z gwiazdy w przeciwnych kierunkach.
Ciekawie, zespół również zauważył światło emitowane przez cząsteczki węglowodorów aromatycznych policyklicznych, znane jako PAH. Tworzą one płaskie, pierścieniowate struktury, bardzo podobne do kształtów plastra miodu znajdywanych w ulach.
Na Ziemi często znajdujemy PAH w dymie z ognisk, spalin samochodowych lub spalonego tosta.
Biorąc pod uwagę lokalizację PAH, zespół badawczy podejrzewa, że te cząsteczki tworzą się, gdy „bańka” wiatru z centralnej gwiazdy wybucha w gazu ją otaczającym.
Może to być pierwszy dowód na to, że PAH tworzą się w bogatej w tlen mgławicy planetarnej, dając ważny wgląd w szczegóły tego, jak te cząsteczki powstają.
NGC 6302 jest jedną z najlepiej poznanych mgławic planetarnych w naszej galaktyce i była wcześniej obrazowana przez Teleskop Kosmiczny Hubble’a.
Mgławice planetarne należą do najpiękniejszych i najbardziej nieuchwytnych stworzeń w kosmicznym zoo. Te mgławice powstają, gdy gwiazdy o masach między około 0,8 a 8 razy masę Słońca traconą większość swojej masy pod koniec swojego życia. Faza mgławicy planetarnej jest przejściowa, trwa tylko około 20,000 lat.
Wbrew nazwie, mgławice planetarne nie mają nic wspólnego z planetami: zamieszanie w nazewnictwie zaczęło się kilkaset lat temu, gdy astronomowie zgłosili, że te mgławice wydawały się okrągłe, jak planety.
Nazwa przetrwała, mimo że wiele mgławic planetarnych wcale nie jest okrągłych – a Mgławica Motyla jest doskonałym przykładem fantastycznych kształtów, jakie mogą przyjąć te mgławice.
Mgławica Motyla jest mgławicą dwubiegunową, co oznacza, że ma dwa płaty rozkładające się w przeciwnych kierunkach, tworząc „skrzydła” motyla. Ciemny pas pylistego gazu udaje ciało motyla.
Ten pas to tak naprawdę torus w kształcie donuta, który jest obserwowany z boku, ukrywając gwiazdę centralną mgławicy – starożytny jądro gwiazdy podobnej do Słońca, które ją zasila i sprawia, że świeci. Pylista donuta może być odpowiedzialna za insektoidalny kształt mgławicy, zapobiegającemu gazowi przepływanie równomiernie we wszystkich kierunkach z gwiazdy.
Nowe zdjęcie z Webba przybliża centrum Mgławicy Motyla i jej pylisty torus, zapewniając niespotykany widok jej złożonej struktury. Obraz wykorzystuje dane z instrumentu Mid-InfraRed (MIRI) Webba, pracującego w trybie jednostki pola integralnego.
Ten tryb łączy aparat fotograficzny i spektrograf, aby robić zdjęcia przy wielu różnych długościach fali jednocześnie, ujawniając, jak zmienia się wygląd obiektu w zależności od długości fali. Zespół badawczy uzupełniał obserwacje Webba danymi z Array Atakamskiej Dużej Millimetrowej/Submillimetrowej, potężnej sieci anten radiowych.
Badacze analizujący te dane z Webba zidentyfikowali niemal 200 linii spektralnych, z których każda zawiera informacje o atomach i cząsteczkach w mgławicy. Te linie ujawniają zagnieżdżone i powiązane struktury śledzone przez różne gatunki chemiczne.
Zespół badawczy był w stanie określić położenie gwiazdy centralnej Mgławicy Motyla, która ogrzewa wcześniej niewykrytą chmurę pyłu wokół niej, sprawiając, że ta świeci jasno na średnich długościach fal podczerwieni, do których MIRI jest wrażliwy.
Położenie gwiazdy centralnej mgławicy pozostało nieuchwytne do tej pory, ponieważ otaczający ją zasłaniający pył sprawia, że jest niewidoczna na długościach fal optycznych. Poprzednie poszukiwania gwiazdy brakowały kombinacji wrażliwości na fale podczerwone i rozdzielczości niezbędnej do zauważenia jej przykrywającej cieplego pyłu chmury.
Artykuł „Jak powstaje kosmiczny pył, surowiec do planet skalistych i kluczowy składnik do życia, w kosmosie?” autorstwa Mikako Matsuura i in. został opublikowany w Miesięczniku Towarzystwa Królewskiego Astronomicznego.
Webb to największy i najpotężniejszy teleskop, jaki dotąd został wyniesiony na orbitę. W ramach umowy międzynarodowej ESA zapewniła usługę wyniesienia teleskopu, używając rakiety nośnej Ariane 5. Współpracując z partnerami, ESA była odpowiedzialna za opracowanie i kwalifikację adaptacji Ariane 5 do misji Webba oraz za pozyskanie usługi startowej przez Arianespace. ESA dostarczyła również spektrograf NIRSpec oraz 50% instrumentu MIRI pracującego w średnich podczerwieniach, który został zaprojektowany i zbudowany przez konsorcjum europejskich instytutów opłacanych z funduszy krajowych (Europejskie Konsorcjum MIRI) we współpracy z JPL i Uniwersytetem w Arizonie.
Webb to międzynarodowe partnerstwo między NASA, ESA i Kanadyjską Agencją Kosmiczną (CSA).
