Odkrycie żelaznej struktury w Mgławicy Pierścień podważa modele ewolucji gwiazd

Astronomowie badający Mgławicę Pierścień, znaną również jako Messier 57 (M57), dokonali przełomowego odkrycia, które rzuca nowe światło na końcowe etapy życia gwiazd. Obiekt ten, oddalony o około 2300 lat świetlnych i znajdujący się w gwiazdozbiorze Lutni, skrywa w swoim wnętrzu anomalną strukturę gazową w kształcie „poprzeczki”. Formacja ta składa się wyłącznie z wysoko zjonizowanego żelaza i przecina eliptyczne jądro mgławicy. Wyniki badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, sugerują, że architektura pozostałości gwiezdnych jest znacznie bardziej skomplikowana, niż dotychczas sądzono.

Mgławica Pierścień została po raz pierwszy skatalogowana przez Charlesa Messiera w 1779 roku. Stanowi ona rozszerzającą się powłokę gazową odrzuconą przez gwiazdę o małej masie u schyłku jej życia – proces ten czeka również nasz Układ Słoneczny za miliardy lat. Aby zidentyfikować tę wcześniej nieuchwytną cechę, zespół badawczy wykorzystał zaawansowany instrument WEAVE (WHT Enhanced Area Velocity Explorer) zamontowany na 4,2-metrowym Teleskopie Williama Herschela (WHT) na wyspie La Palma w Hiszpanii. Dzięki trybowi Large Integral Field Unit (LIFU), spektrograf ten pozwolił na jednoczesne uchwycenie widm z całego obszaru mgławicy, co umożliwiło wykrycie słabego sygnału żelaza, który przez dekady umykał uwadze naukowców.

Międzynarodowa grupa badaczy, pod przewodnictwem astronoma Rogera Wessona z University College London (UCL), ustaliła fascynujące parametry tej żelaznej struktury. Jej długość odpowiada w przybliżeniu 500 średnicom orbity Plutona w aphelium, natomiast całkowita masa zawartego w niej żelaza jest porównywalna z masą planety Mars. Instrument WEAVE, który rozpoczął regularne obserwacje naukowe w trybie LIFU w październiku 2023 roku, stanowi kluczowy element modernizacji teleskopu WHT zarządzanego przez Isaac Newton Group. Obecność żelaza wewnątrz wewnętrznej warstwy eliptycznej mgławicy została dodatkowo zweryfikowana poprzez zestawienie map emisji z danymi pochodzącymi z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Analizy wykazały, że ta unikalna formacja żelazna pokrywa się z ciemnymi obszarami bogatymi w pył i wodór. Sugeruje to, że niszczenie ziaren pyłu mogło uwolnić uwięzione wcześniej atomy żelaza. Liniowy kształt tej struktury jest jednak całkowicie nietypowy dla wyrzutów gwiezdnych, które zazwyczaj wykazują symetrię zbliżoną do sferycznej. Co więcej, gwiazda macierzysta nie posiadała wystarczającej masy, aby zgodnie z obecnymi modelami ewolucji wytworzyć tak znaczną ilość żelaza. Pierwiastek ten powstaje zazwyczaj w jądrach masywnych gwiazd kończących życie jako supernowe. Ekstremalne warunki niezbędne do tak silnej jonizacji żelaza pozostają przedmiotem intensywnych debat naukowych, zwłaszcza że inne pierwiastki nie tworzą podobnych struktur.

Jedna z najbardziej intrygujących hipotez rozważanych przez zespół, w skład którego wchodzi profesor Janet Drew z UCL, zakłada, że owa poprzeczka może być pozostałością skalistej planety. Obiekt ten mógł zostać zniszczony przez umierającą gwiazdę podczas jej fazy czerwonego olbrzyma. Jeśli ta teoria znajdzie potwierdzenie, dostarczy ona bezcennych informacji o losach układów planetarnych krążących wokół wygasających słońc. Mgławice planetarne odgrywają kluczową rolę w chemicznej ewolucji galaktyk, wzbogacając ośrodek międzygwiazdowy w ciężkie pierwiastki. Autorzy badania planują już kolejne obserwacje o wyższej rozdzielczości spektralnej, aby ostatecznie wyjaśnić pochodzenie tej anomalii. Potwierdzenie istnienia masywnej struktury zjonizowanego żelaza nakłada istotne, nowe ograniczenia na symulacje procesów śmierci gwiazd.