環狀星雲發現神祕「鐵棒」結構：挑戰現有恆星演化模型

天文學家在觀測距離地球約 2300 光年、位於天琴座的環狀星雲（Messier 57，簡稱 M57）時，發現了一個足以顛覆現行恆星生命末期演化模型的內部結構。研究團隊證實，在星雲的橢圓形核心中，存在一條橫跨其中的異常氣體「鐵棒」，該結構完全由高度電離的鐵元素組成。這項發表於《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）的突破性發現，揭示了恆星殘骸內部的建築結構遠比科學界過去所認知的更為複雜。

環狀星雲最早由夏爾·梅西耶（Charles Messier）於 1779 年編入星表，其本質是低質量恆星在演化終點時所噴發出的擴張氣體殼層，這也是太陽系在數十億年後將面臨的宿命。為了識別這個長期隱匿的特徵，研究團隊動用了位於西班牙拉帕爾馬島、口徑 4.2 公尺的威廉·赫歇爾望遠鏡（WHT），並利用其搭載的 WEAVE（WHT 增強型區域速度探測器）儀器。透過該光譜儀的「大型積分場單元」（LIFU）模式，科學家得以同時捕捉整個星雲區域的光譜，進而偵測到在過去數十年研究中始終被忽略的微弱鐵元素訊號。

這支由倫敦大學學院（UCL）天文學家羅傑·韋森（Roger Wesson）領導的國際團隊指出，這條鐵質結構的長度驚人，約相當於冥王星遠日點軌道直徑的 500 倍，而其鐵元素的總質量則與火星相當。WEAVE 儀器自 2023 年 10 月開始以 LIFU 模式進行科學觀測，是艾薩克·牛頓望遠鏡群（Isaac Newton Group）管理的 WHT 升級計畫核心。研究人員將鐵元素的發射圖譜與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的數據進行比對，確認了該鐵質結構精確地位於星雲內部的橢圓層之中。

科學家進一步發現，這個鐵質結構與富含塵埃和氫氣的暗區重合，這顯示塵埃的破碎過程可能釋放了原先被束縛的鐵原子。然而，這種線性的條狀形態與預期中應呈球對稱的恆星爆炸模式完全不符。此外，根據現有的恆星演化理論，該星雲的前身恆星質量不足以產生如此大量的鐵元素——通常只有會引發超新星爆炸的大質量恆星核心才能生成。目前，科學界對於鐵元素如何達到如此高度電離的極端條件仍存在爭議，因為其他元素並未形成類似的結構。

包括倫敦大學學院珍妮特·德魯（Janet Drew）教授在內的研究團隊提出了一個引人入勝的假設：這條「鐵棒」可能是被垂死恆星在紅巨星階段摧毀的類地行星殘骸。若此假說獲得證實，將為我們理解衰老恆星周圍行星系統的最終命運提供前所未有的見解。行星狀星雲在星系的化學演化中扮演關鍵角色，負責將重元素注入星際介質。研究團隊計畫進行更高光譜解析度的後續觀測，以徹底釐清此特徵的起源。這項發現為恆星死亡過程的模擬實驗設定了關鍵的新限制。