詹姆斯韦伯太空望远镜以前所未有的方式揭示环状星云

众所周知近250年的“环状星云”不止是一个环。以詹姆斯韦伯太空望远镜的能力，我们正在比以往任何时候都看到更多。

STARTS WITH A BANG — AUGUST 28, 2023

Ethan Siegel

这张图片以三种不同观望显示同一个天体环状星云：来自哈勃（左）、来自詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机仪器（中，NIRCam）和来自詹姆斯韦伯太空望远镜的中红外相机仪器（右，MIRI）。在更长的波长上，在可见光中看不到的特征壮观的出现。Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson; NASA, ESA, and C. Robert O’Dell (Vanderbilt University)

关键要点

环状星云位于距离地球仅2000多光年远，是我们从来发现的最接近垂死的太阳一样的恒星。

它的外层，随里面的太阳一样恒星加热起来并收缩下来来形成一颗白矮星被驱逐出的气体层被电离和照亮。

以它的3D结构完全的被映射出来，“环”特征只是这个迷人星云内部的众多特征之一。来像以前没有人一样看它。

在那里太空中，恒星提醒我们甚至我们的太阳不会永远活着。

这幅剖面图展示太阳的表面和内部的各个区域，包括核这是在那里发生核聚变的唯一地方。随着时间流逝和氢被消耗，核中包含氦区域膨胀，最大温度增加，造成太阳的能量输出增加。当氢和氦在富含聚变核区域内耗尽时，恒星将死亡。Credit: Wikimedia Commons/KelvinSong

所有恒星最终都耗尽它们的核燃料，耗尽可聚变的物质。

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由哈勃望远镜在这里成像的蛋状星云是一个前行星星云，因为它的外层还没有被中心收缩的恒星加热到足够的温度。今天可见的许多巨星在彻底的脱落它们的外层并在一个白矮星/行星状星云结组合中垂死之前将演化成一个这样的星云。Credit: NASA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), Hubble Space Telescope/ACS

对太阳一样的恒星，它们会长成红巨星，然后温柔的死掉。

当一颗垂死恒星系统中的中心恒星加热到约30000 K的温度时，它变得足够热来电离先前被甩的物质，在一个太阳一样恒星的案例创造一个真正的行星状星云。在这里，NGC 7027最近已经刚刚跨过这个门槛，并且仍在迅速的扩张。它的直径仅为约0.1至0.2光年，是已知最小和最年轻的行星状星云之一。Credit: NASA, ESA, and J. Kastner (RIT)

它们首先脉冲，吹掉它们的外层气态层。

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围绕各种恒星尸体和垂死的恒星，双电离氧原子产生一个特征的绿色辉光，因为当电子被加热到超过约50000 K的温度时，电子级联下到各种能级级上。在这里，行星状星云IC 1295明亮的闪耀着。这种现象也帮助着色所谓的“绿豌豆”星系以及地球的极光。Credit: ESO

然后，中央耗尽燃料的恒星收缩并加热起来：形成一颗白矮星。

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当我们的太阳耗尽燃料时，它将变成一颗红巨星，然后是一个中心有一颗白矮星的行星状星云，猫眼星云是这种潜在命运的一个视觉上壮观的例子，用错综复杂、分层、不对称的形状这个特殊星云提示一个双星伴侣。在中心，一颗年轻的白矮星随它收缩加热起来，达到比滋生它的红巨星表面更高数万开尔文的温度。气体的外壳主要是氢，在一颗太阳一样恒星的生命结束时返回星际介质。Credit: Nordic Optical Telescope and Romano Corradi (Isaac Newton Group of Telescopes, Spain)

这个加热电离并照亮被甩的物质，创造一个行星状星云。

这张2013年用哈勃太空望远镜拍摄的环状星云图像展示环状星云的可见光特征：离地球最近的行星状星云。这个星云尽管在这里它的看起来像椭圆形的环状外观，但实际上形状像一个扭曲的甜甜圈一样，有两个叶，一个指向我们，一个指向远离我们，从中心区域浮现。Credit: NASA, ESA, and C. Robert O’Dell (Vanderbilt University)

离地球最近的行星状星云距离地球刚刚超过约2000光年：环状星云。

环状星云能被发现在天琴座的夏季三角区内：就在最亮的恒星织女星的南边。在天琴座第2和第3亮恒星之间发现，连接蓝色巨星Sheliak和Sulafat的假想线包含环状星云，用红色圈出，甚至用一副现成的双筒望远镜也能被发现。Credit: NASA, ESA, Digitized Sky Survey 2

它发现于1779年，它的环一样外观只是故事的一部分。

在环状星云中看到的主要特征之外，格雷厄姆山国际天文台的大型双筒望远镜揭示了稀薄、纤细、更外层的气体群主要是氢气。通过结合来自多个天文台的数据，揭示前所未有的特征的合成图像可以被构建。Credit: NASA, ESA, C. Robert O’Dell (Vanderbilt University), and David Thompson (LBTO)

一组巨大的弥漫的、富含氢的壳围绕它。

红色的外壳是电离氢气的标志，在环外巨大的和复杂的。硫离子和氧离子，被从恒星驱逐出并在环区域中突出，在这里被以其他颜色显示。来自一个特定元素的特定发射线地方的光谱成像是来梳理出这些特征的关键。Credit: A. Oscoz, D. López, P. Rodríguez-Gil and L. Chinarro; IAC astrophotography group

两个低密度气体叶沿着我们的视线向两个方向延伸。

这张示意图显示环状星云（Messier 57）如果从侧面观察而不是沿着我们的视线观察的几何形状和结构。这显示星云的宽光晕、内部区域、向我们延伸和远离我们的更低密度物质叶以及突出的辉光圆盘。Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

    “环”特征之所以如此突出是因为我们被定向沿着星云的两极。

这张图展示环状星云的一个三维模型，以及它的内部和外部结构，就像如果它围绕主环结构被旋转360度我们会体验它的一样。垂直的叶、富含尖峰的发射从密集的结浮现以及外部晕是可见的。Credit: NASA, ESA, G. Bacon and F. Summers (STScI)

但詹姆斯韦伯太空望远镜的红外眼揭示优于任何其他观望的特征。

这个三面板动画在可见光（哈勃）视图、近红外（JWST NIRCam）视图和甚至更冷的中红外（JWST MIRI）视图之间淡入淡出。这个行星状星云是历史上最被深入研究的星云之一，但詹姆斯韦伯太空望远镜仍然能揭示以前从未见过的特征。Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson; NASA, ESA, and C. Robert O’Dell (Vanderbilt University); Animation: E. Siegel

它的高分辨率摄像机揭示气体内部约20000个密集的结。

环状星云的近红外詹姆斯韦伯太空望远镜视图（带有NIRCam）展示从主环浮现的卷须状细丝，主环外的一系列薄同心壳，以及主环内部的细小、结节的小球：大约20000个。星云富含氢，有碳基分子出现在一个薄环中。Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson

内丝随辐射逐渐将它们煮沸掉展示复杂的细节。

环状星云的中红外（JWST MIRI）视图展示星云内部弥漫的低密度气体，从主环向外延伸浮现的细丝，以及可能被环状星云的双星伴星雕刻的同心环特征，可能位于与我们太阳系的柯伊伯带到太阳的相同距离上。Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson

大约10个富含碳氢化合物的同心弧围绕着主要的“环”特征。

这个在詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机和詹姆斯韦伯太空望远镜的中红外相机视图之间过渡的动画视图揭示不同波长的光能揭示的结构和细节差异。在中红外光下出现更大的星云，因为更外层的、更冷的成分在短波长不可见的波长下辐射但在一个更长的波长下发射可检测的签名。Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson; Animation: E. Siegel

在内部，温暖的低密度物质填充内部球状体区域。.

该动画在詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）视图和哈勃的光学视图之间淡入淡出。与哈勃望远镜的观望相比，JWST揭示星云内外的其他恒星、背景星系和气体特征。詹姆斯韦伯太空望远镜改进的分辨率和更深的红外波长覆盖的力量在此动画中充分展示。Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson; NASA, ESA, and C. Robert O’Dell (Vanderbilt University); Animation: E. Siegel

总体而言，詹姆斯韦伯太空望远镜比以往任何时候都更准确的揭开环状星云。

2005年，美国宇航局的斯皮策（Spitzer）红外太空望远镜为詹姆斯韦伯太空望远镜铺平了道路，成像了环状星云并发现了它周围的内部和外部结构。与詹姆斯韦伯太空望远镜的观望相比，很容易来看从上一代到当前一代红外太空望远镜已经发生了哪些改进。Credit: NASA/JPL-Caltech/J. Hora (Harvard-Smithsonian CfA)

大多寂静的星期一以图像、视觉效果和不超过 200 字讲述一个天文故事。

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