IJzeren structuur in de Ringnevel dwingt astronomen tot herziening van stellaire evolutiemodellen

Astronomen hebben bij het bestuderen van de beroemde Ringnevel, ook wel bekend als Messier 57 (M57), een interne structuur ontdekt die de huidige wetenschappelijke modellen over de laatste levensfasen van sterren op de proef stelt. Gelegen op een afstand van ongeveer 2300 lichtjaar in het sterrenbeeld Lier, vertoont deze nevel een ongebruikelijke gasvormige 'bar' die volledig uit sterk geïoniseerd ijzer bestaat en de elliptische kern doorkruist. Deze ontdekking, onlangs gepubliceerd in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, suggereert dat de interne architectuur van sterrenresten aanzienlijk complexer is dan voorheen werd aangenomen door de wetenschappelijke gemeenschap.

De Ringnevel werd voor het eerst gecatalogiseerd door Charles Messier in het jaar 1779 en staat bekend als een uitdijende gasschil die is uitgestoten door een ster met een relatief lage massa tijdens haar finale evolutiefase. Dit proces weerspiegelt de onvermijdelijke toekomst die ons eigen zonnestelsel over miljarden jaren te wachten staat. Om deze voorheen onzichtbare structuur te identificeren, maakte het onderzoeksteam gebruik van het geavanceerde WEAVE-instrument (WHT Enhanced Area Velocity Explorer) op de 4,2 meter grote William Herschel Telescope (WHT) op het Spaanse eiland La Palma. Dankzij de Large Integral Field Unit (LIFU) van deze spectrograaf konden spectra over het gehele oppervlak van de nevel gelijktijdig worden vastgelegd, waardoor het zwakke ijzersignaal na decennia van onderzoek eindelijk kon worden gedetecteerd.

Een internationaal team onder leiding van astronoom Roger Wesson van het University College London (UCL) stelde vast dat deze ijzeren bar een indrukwekkende lengte heeft van ongeveer 500 keer de diameter van de baan van Pluto in zijn verste punt (aphelion). De totale massa van het ijzer in deze specifieke structuur is vergelijkbaar met de massa van de planeet Mars. Het WEAVE-instrument, dat in oktober 2023 begon met wetenschappelijke waarnemingen in de LIFU-modus, vormt een cruciaal onderdeel van de modernisering van de WHT onder beheer van de Isaac Newton Group. De aanwezigheid van de ijzeren structuur binnen de binnenste elliptische laag van de nevel werd bovendien geverifieerd door emissiekaarten te vergelijken met gedetailleerde gegevens van de James Webb Space Telescope.

De onderzoekers stelden vast dat de ijzerformatie precies samenvalt met donkere gebieden die rijk zijn aan stof en waterstof, wat doet vermoeden dat de vernietiging van stofdeeltjes mogelijk de eerder gevangen ijzeratomen heeft vrijgemaakt. De lineaire vorm van deze band is echter uiterst atypisch voor een stellaire uitstoting, die normaal gesproken een min of meer bolvormige symmetrie zou moeten vertonen. Bovendien was de oorspronkelijke ster volgens de huidige modellen niet zwaar genoeg om een dergelijke hoeveelheid ijzer te produceren; dit element ontstaat gewoonlijk alleen in de kernen van zeer massieve sterren die als supernova exploderen. De extreme omstandigheden die nodig zijn om ijzer in deze mate te ioniseren, blijven een punt van wetenschappelijke discussie, vooral omdat andere chemische elementen geen vergelijkbare structuren vormen binnen de nevel.

Een van de meest fascinerende hypothesen die door het team, waaronder professor Janet Drew van UCL, wordt overwogen, is dat deze bar het restant zou kunnen zijn van een rotsachtige planeet die is verwoest door de stervende ster tijdens de rode reus-fase. Indien deze theorie wordt bevestigd, biedt dit ongekende inzichten in het lot van planetaire stelsels rondom uitdovende sterren. Planetaire nevels spelen in het algemeen een vitale rol in de chemische evolutie van sterrenstelsels door het interstellaire medium te verrijken met zware elementen. De auteurs zijn van plan vervolgwaarnemingen te doen met een hogere spectrale resolutie om de definitieve oorsprong van dit fenomeen vast te stellen. De bevestiging van een massieve, sterk geïoniseerde ijzeren bar stelt kritische nieuwe grenzen aan de simulaties van het sterfproces van sterren en de verspreiding van metalen in de kosmos.