Webbův teleskop zkoumá složité srdce kosmického motýla

Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) odhalil nové detaily v jádru Motýlí mlhoviny NGC 6302. Od hustého, prachového torusu, který obklopuje hvězdu skrytou ve středu mlhoviny, až po její zřetelné výtrysky, pozorování pomocí Webba odhalují mnoho nových objevů, které vykreslují dosud neviděný portrét dynamické a strukturované planetární mlhoviny.

Motýlí mlhovina (Butterfly Nebula), která se nachází asi 3 400 světelných let daleko v souhvězdí Štíra, je jednou z nejlépe prozkoumaných planetárních mlhovin v naší Galaxii. Tuto úžasnou mlhovinu dříve studoval Hubbleův vesmírný dalekohled HST. Nyní Webbův teleskop pořídil nový pohled na tuto mlhovinu.

Planetární mlhoviny patří k nejkrásnějším a nejnepolapitelnějším „tvorům“ v kosmické zoo. Tyto mlhoviny vznikají tehdy, když hvězdy s hmotností mezi 0,8 a 8násobkem hmotnosti Slunce ztratí většinu své hmoty na konci svého života. Fáze planetární mlhoviny je prchavá a trvá jen asi 20 000 let.

Na rozdíl od názvu nemají planetární mlhoviny s planetami nic společného: zmatek ohledně pojmenování začal před několika sty lety, kdy astronomové oznámili, že se tyto mlhoviny jeví jako kruhové, podobně jako planety. Název se uchytil, přestože mnoho planetárních mlhovin vůbec nemá kruhový tvar – a mlhovina Motýl je ukázkovým příkladem fantastických tvarů, které tyto mlhoviny mohou nabývat.

Motýlí mlhovina je bipolární, což znamená, že má dva laloky, které se rozprostírají v opačných směrech a tvoří „křídla“ motýla. Tmavý pás prachu a plynu představuje motýlí „tělo“. Tento pás je ve skutečnosti torus ve tvaru koblihy, který při pohledu z boku zakrývá centrální hvězdu mlhoviny – starobylé jádro hvězdy podobné Slunci, které mlhovinu napájí a způsobuje její záři. Prachová kobliha může být zodpovědná za hmyzí tvar mlhoviny tím, že brání plynu v rovnoměrném proudění z hvězdy všemi směry.

Tento nový snímek pořízený teleskopem JWST se zaměřil na střed Motýlí mlhoviny a její prachový torus a poskytl tak dosud nebývalý pohled na její složitou strukturu. Snímek využívá data z přístroje MIRI (Mid-InfraRed Instrument), který pracuje v režimu „integral field unit“. Tento režim kombinuje kameru a spektrograf, které pořizují snímky na mnoha různých vlnových délkách současně a odhalují, jak se vzhled objektu mění s vlnovou délkou. Výzkumný tým doplnil pozorování pořízená JWST daty z radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), což je výkonná síť rádiových antén.

Vědci analyzující tato data z JWST identifikovali téměř 200 spektrálních čar, z nichž každá obsahuje informace o atomech a molekulách v mlhovině. Tyto čáry odhalují vnořené a propojené struktury tvořené různými chemickými látkami.

Výzkumný tým přesně určil polohu centrální hvězdy v Motýlí mlhovině, která zahřívá dosud nezjištěný prachový oblak kolem ní, takže ten jasně září na středních infračervených vlnových délkách, na které je přístroj MIRI citlivý. Poloha centrální hvězdy mlhoviny zůstala až dosud nejasná, protože tento obalující prach ji činí neviditelnou v optických vlnových délkách. Předchozí pátrání po hvězdě postrádala kombinaci infračervené citlivosti a rozlišení potřebné k detekci jejího zakrývajícího teplého prachového oblaku. S teplotou 220 000 kelvinů je to jedna z nejteplejších známých centrálních hvězd v planetární mlhovině v naší Galaxii.

Tento planoucí hvězdný motor je zodpovědný za nádhernou záři mlhoviny, ale jeho plný výkon může být řízen hustým pásem prachu a plynu, který ji obklopuje: tzv. torusem. Nová data z Webbova teleskopu ukazují, že torus se skládá z krystalických silikátů, jako je křemen, a také z nepravidelně tvarovaných prachových zrn. Prachová zrna mají velikost řádově miliontin metru – jsou velká, pokud jde o kosmický prach – což naznačuje, že rostou již dlouhou dobu.

Mimo torus nabývá emise z různých atomů a molekul vícevrstvé struktury. Ionty, jejichž vznik vyžaduje největší množství energie, jsou koncentrovány blízko středu, zatímco ty, které vyžadují méně energie, se nacházejí dále od centrální hvězdy. Obzvláště zajímavé jsou železo a nikl, které sledují dvojici výtrysků vycházejících z hvězdy v opačných směrech.

Je zajímavé, že tým také spatřil světlo emitované molekulami na bázi uhlíku, známými jako polycyklické aromatické uhlovodíky neboli PAH. Ty tvoří ploché, prstencovité struktury, podobně jako plástve v úlech. Na Zemi často nacházíme PAH v kouři z ohňů, výfukových plynech aut nebo spálených toastech.

Vzhledem k umístění PAH má výzkumný tým podezření, že tyto molekuly vznikají, když „bublina“ větru z centrální hvězdy pronikne do plynu, který ji obklopuje. To může být vůbec první důkaz o tvorbě PAH v planetární mlhovině bohaté na kyslík, což poskytuje důležitý vhled do detailů o tom, jak tyto molekuly vznikají.

Výsledky byly zveřejněny v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Zdroj: https://esawebb.org/news/weic2517/?lang

autor: František Martinek