Виявлення залізного стрижня в туманності Кільце змушує переглянути моделі зоряної еволюції

Астрономи, досліджуючи знамениту туманність Кільце, відому в наукових каталогах як Мессьє 57 (M57) і розташовану на відстані близько 2300 світлових років у сузір'ї Ліри, виявили внутрішню структуру, яка ставить під сумнів наявні моделі фінальних етапів життя зірок. Дослідники підтвердили існування аномального газового «бару», що складається виключно з високоіонізованого заліза, який перетинає еліптичне ядро туманності. Це відкриття, результати якого були опубліковані в престижному часописі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, вказує на значно складнішу внутрішню архітектуру зоряних залишків, ніж науковці припускали раніше.

Туманність Кільце, вперше каталогізована астрономом Шарлем Мессьє ще у 1779 році, являє собою оболонку газу, що постійно розширюється. Вона була викинута зіркою малої маси на завершальному етапі її еволюції — це саме той процес, який очікує на нашу Сонячну систему через мільярди років. Для ідентифікації цієї раніше невловимої особливості міжнародна команда використала передовий прилад WEAVE (WHT Enhanced Area Velocity Explorer) на 4,2-метровому телескопі Вільяма Гершеля (WHT), що знаходиться на острові Ла-Пальма, Іспанія. Режим Large Integral Field Unit (LIFU) цього спектрографа дозволив одночасно зафіксувати спектри по всій площі туманності, що забезпечило виявлення слабкого сигналу заліза, який вислизав від уваги дослідників протягом багатьох десятиліть.

Міжнародна група під керівництвом астронома Роджера Вессона з Університетського коледжу Лондона (UCL) встановила, що протяжність цього залізного бару становить приблизно 500 діаметрів орбіти Плутона в афелії, а загальна маса заліза в ньому цілком порівнянна з масою планети Марс. Прилад WEAVE, який розпочав свої наукові зйомки в режимі LIFU у жовтні 2023 року, став ключовим елементом модернізації телескопа WHT, керованого організацією Isaac Newton Group. Структура заліза розташована глибоко всередині внутрішнього еліптичного шару туманності, що було додатково верифіковано шляхом ретельного зіставлення карт емісії заліза з даними, отриманими за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба.

Вчені з'ясували, що це залізне утворення територіально збігається з темними областями, багатими на космічний пил і водень. Це наводить на думку, що процес руйнування пилу міг вивільнити раніше захоплені атоми заліза. Лінійна форма цієї смуги є абсолютно нетиповою для наслідків зоряного вибуху, який, за теоретичними розрахунками, повинен мати приблизно сферичну симетрію. Крім того, зірка-попередниця не була достатньо масивною для того, щоб, згідно з поточними моделями зоряної еволюції, виробити таку значну кількість заліза — цей елемент зазвичай утворюється лише в ядрах масивних зірок, що вибухають як наднові. Надзвичайно екстремальні умови, необхідні для іонізації заліза до такого високого ступеня, залишаються предметом гострих наукових дискусій, оскільки жодні інші елементи не формують подібних структур.

Одне з найбільш інтригуючих припущень, яке зараз розглядає наукова група, включаючи професорку Джанет Дрю з UCL, полягає в тому, що цей залізний бар може бути залишком кам'янистої планети, яка була буквально розірвана вмираючою зіркою під час її фази червоного гіганта. Якщо ця смілива гіпотеза знайде своє підтвердження, це надасть вченим безпрецедентні відомості про долю планетних систем навколо зірок, що згасають. Планетарні туманності загалом відіграють критичну роль у хімічній еволюції галактик, збагачуючи міжзоряне середовище важкими елементами. Автори дослідження вже планують провести наступні спостереження з ще вищою спектральною роздільною здатністю, щоб остаточно визначити природу цієї аномалії. Підтвердження існування масивного, високоіонізованого залізного бару накладає нові важливі обмеження на комп'ютерні симуляції процесів зоряної смерті.