在3D中看到南环星云

熊明青

南环星云，或称NGC 3132，是詹姆斯·韦伯太空望远镜最早观测到的天体之一。天文学家正在通过额外的天文台对星云进行更深入的挖掘，以扩大他们对其结构的理解。来源：美国国家航空航天局/欧空局/加拿大航天局/STScI

据《今日宇宙》（Evan Gough）：行星状星云是自然界最令人惊叹的视觉展示之一。这个名字令人困惑，因为它们是恒星的残骸，而不是行星。但这并没有削弱它们作为迷人美景和深入科学研究对象的地位。

像所有的行星状星云一样，南环星云是像太阳这样的恒星的残余。随着这些恒星的年龄增长，它们最终将成为红巨星，膨胀并向太空释放气体层。最终，这颗红巨星变成了一颗白矮星，这是一颗失去聚变的恒星残骸，它释放出它所拥有的任何残余热能，而不再产生。白矮星点亮了早些时候排出的气体外壳，我们可以欣赏这场表演。

当人们期待已久的JWST开始传送图像时，南环星云（NGC 3132）是它的首批目标之一。它是构成该望远镜第一个科学成果的五个物体之一。JWST的图像揭示了NGC 3132令人惊讶的地方：它有两颗恒星。这颗白矮星位于NGC 3132的中心，它的同伴距离地球40到60天文单位，大约与冥王星距离太阳的距离相同。

研究人员希望更多地了解南环星云的结构。JWST在红外波段工作，可以成像星云中的暖氢。但为了获得更完整的星云图像，罗切斯特理工学院的一组研究人员转向了亚毫米阵列。SMA可以感应到JWST无法到达的星云中较冷的CO（一氧化碳）。它感应到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》上，题为“环状行星星云NGC 3132的分子外骨骼”。RIT物理与天文学院的Joel Kastner教授是主要作者。

新的观测结果表明，星云的大部分氢气都在一个大的膨胀环中，第二个膨胀环几乎垂直于第一个膨胀环。

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，而亚毫米阵列向我们展示的是JWST图像中看不到的更冷的一氧化碳。”。



这张来自研究的图显示了由SMA测量的NGC 3132中三个分子的速度。从左到右：12CO、13CO和CN（氰化物）。这些图像清楚地显示了星云中的主环。来源：Kastner等人2024

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在3D中看到星云。当我们开始在3D中扭转整个星云时，我们立即看到它真的是一个环，然后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，星云似乎还包含第二个富含尘埃的分子环（环2）——在（尘埃）吸收、低激发发射线、H2和（现在）12CO（2-1）中检测到——似乎几乎垂直于环1。”。



这张研究图在左列显示了NGC 3132的SMA观测结果，在右列显示了JWST红外图像。底部的图像显示了星云中分子的不同速度。浅蓝色的速度显示主环的存在，但红色和粉红色的高速团块显示第二环的存在。来源：Kastner等人2024

这些环彼此偏移，这解释了为什么3D视图使第二个环更可见。该团队将他们的观测结果与一个几何模型相匹配，该模型显示1号环的倾斜度为45°，2号环的倾斜度为78°。

为什么南环星云有两个偏移的环？

作者说，我们看到了一个由第二颗恒星形成的双极星云的极点。有许多两极星云，包括著名的蝴蝶星云。

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喷出物的椭球分子包层的残余，该分子包层主要被一系列快速但未对准的准直外流或喷流分散。”。“这种情况与NGC 3132的质量损失AGB祖恒星是相互作用三星系统成员的假设一致。”

这是一致的，但作者表示，无法得出第三颗恒星参与当前研究的结论。作者解释道：“需要详细模拟这种多恒星倾倒喷流系统对AGB分子包层的动力学影响，以测试NGC 3132分子外骨骼形成的这种推测场景。”。

星云中所有这些分子气体的存在令科学家们感到惊讶。来自白矮星的强烈紫外线应该会分解一氧化碳和氢分子。但事实并非如此。

卡斯特纳说：“宇宙中的碳、氧和氮从哪里来？”。“我们看到它在太阳中产生，就像正在死亡的恒星一样，就像刚刚死亡并形成南环的恒星一样。许多分子气体可能最终进入行星大气层，大气层可以孕育生命。”