"Космически бонбони", няма друг обект във Вселената като планетарните мъглявини, на когото да приляга повече това сравнение. Като пръстови отпечатъци - или може би фойерверки - всяка е различна. Какви фактори действат, за да ги направят толкова уникални?

Още в началото трябва да се направи едно уточнение.

Красивите цветни изображения на планетарните мъглявини, които виждаме в мрежата, не изглеждат така за човешкото око. Но те не са фалшиви. Тъй като мъглявините, за разлика от звездите, излъчват само в тесни спектрални линии, изображенията се обработват, така че цветът е засилен, по-точно - реконструиран. В астрономическите изображения с цветове обикновено се показват различните химични вещества, скорости или други свойства. Цветовете помагат да се илюстрира сложността на тези обекти по начин, който иначе би изисквал много сложни обяснения. Вселената не свети подходящо за нашето ограничено човешко зрение. Нашите очи са еволюирали на Земята, така че представянето на изображения на обекти в космоса, като планетарни мъглявини, изисква известна обработка.

Но в планетарните мъглявини има нещо повече от привличащи вниманието цветове. Техните форми също са уникални и могат да ни разкажат повече за мъглявините, отколкото цветовете.

Ново проучване разглежда някои от причините техните форми да са толкова различни и как техните спътници влияят на формите им.

Но има още един важен момент, който трябва да се уточни - планетарните мъглявини нямат нищо общо с планетите.

Дадено им е това име, преди да се появят съвременните телескопи, с които астрономите могат да ги виждат ясно. За първите астрономи те са изглеждали като планети и така са получили името си.

Планетарните мъглявини (PN - Planetary Nebula) идват от звезди от главната последователност, които са се превърнали в червени гиганти. Когато звездата достигне края на живота си като червения гигант, тя изхвърля газове в космоса. След като червеният гигант спре синтеза, остава бяло джудже. Изхвърлените газове на звездата абсорбират ултравиолетовото лъчение от бялото джудже, след което го излъчват в различни дължини на вълната. Ето защо планетарната мъглявина по-скоро е емисионна, отколкото отражателна мъглявина.

Повечето звезди в Млечния път не са самотни, а имат спътник. Така че, когато една от звездите стане планетарна мъглявина, нейният спътник може да дооформи мъглявината. Новото изследване се фокусира върху ефекта, който спътниците в двойни системи могат да имат върху мъглявините. Той също така разглежда ролята, която играят джетовете (струите) от бялото джудже.

Проучването разглежда 3D спиралните модели в все още формираща се планетарна мъглявина, резултат от спътник в кръгова орбита. Резултатите показват, че орбиталният период на спътника може да има мощен ефект върху евентуалната форма на мъглявината, повлиявайки на спиралите. Резултати също така показват как джетовете от бялото джудже в центъра на мъглявината могат да заличат спиралите и оформят обекта.

Смята се, че повечето PN по някакъв начин се формират чрез еволюцията на двойните системи. Това означава, че трябва да има пръстеновидни структури в техните ореоли. Предишни изследвания показват, че около 35% от PN трябва да имат такива структури. Но проучване от 2016 г. на 650 PN показва, че само 8% от тях имат тези структури. Какво им се е случило?

„Разнообразието от морфологии, проявявани от PN (кръгли, елиптични, биполярни, мултиполярни и неправилни) е взето като доказателство за действието на допълнителни механизми за оформянето им“, пишат авторите. Ако само 8% от PN показват пръстеновидни структури, тогава нещо може да ги заличава. „Такава ниска честота на пръстеновидни структури може да предполага съществуването на физически механизъм, изтриващ техния подпис“, обясняват изследователите в своята работа.

Изследователите искат да разберат как орбиталният период на спътника в двойната система помага за оформянето на тези спирални модели и как те в крайна сметка оформят самите мъглявини. Но има препятствия: само в рамките на няколкостотин години топлинното разширение на мъглявините размива спиралните модели, а струите, изхвърлящи материал, допълнително разреждат моделите.

Тези изображения на планетарни мъглявини илюстрират тяхната гама от морфологии. Това са комбинирани изображения от космическия телескоп Хъбъл и рентгеновата обсерватория Чандра. NGC 6302, IC 418, NGC 3242, NGC 7662, NGC 7027 и NGC 2371. Кредит: Рентген: NASA/CXC/RIT/J.Kastner; Оптично: NASA/ESA/AURA/STScI

За да преодолеят тези трудности, авторите използват един от най-мощните инструменти на астрономите: симулациите.

„Представяме първите 3D радиационно-хидродинамични симулации на формирането на планетарни мъглявини (PNe), възникващи от 3D спирални модели“, пишат изследователите.

Критичният период е фазата след AGB. AGB означава Asymptotic Giant Branch, така че пост-AGB основно означава периодът от време, след като една звезда е станала червен гигант и е изхвърлила газове, които образуват PN.

Тази фигура от изследването показва някои от резултатите от симулацията. Тя показва образуването на PN в рамките на 3D спирален модел за звезда със спътник на 558-годишна орбита. Тя показва резултатите на стъпки от 100 години до 500 години след началото на формирането на PN. Помага да се покаже как термичното разширение на PN може да разреди спиралния модел. Кредит: V. Lora et al. 2023 г.

Техните симулации са в съответствие с предишни изследвания, показващи, че пръстените и спиралите са редки, и  как спиралната структура на PN може да изчезне доста бързо поради динамичните ефекти от спътника. Новото изследване симулира и ефекта на джетовете от бялото джудже вътре в PN и показва как помагат за изтриването на спиралните и пръстеновидните структури.

Тази фигура от проучването показва някои от резултатите от симулацията на екипа, където са въведени джетове. Екипът симулира голямо разнообразие от различни сценарии, включително джетове с различни скорости. Кредит: V. Lora et al. 2023 г.

Симулираните изображения са сравнени с формите на PN, които се виждат в изображенията от телескопите. Например, мъглявината Котешко око, една от най-известните и често изобразявани мъглявини, има видимо сходство с една от симулациите.

„По-конкретно, изображението в долния ляв панел на Фиг. 8, съответстващо на модел P4, представя увеличението на плътността (в жълто), отразяващо взаимодействията между прецесиращия джет и 3D спирална структура, напомняща на структури, подобни на убарните вълни, наблюдавани в NGC 6543“, пишат авторите.

Левият панел е една от симулациите на екипа, а десният панел е съставно изображение на NGC 6543, мъглявината Котешко око. Въпреки че не е точно съвпадение, има ясни прилики между него и симулацията. (Рентгеново: NASA/UIUC/Y.Chu et al., Оптично: NASA/HST). Кредит: JP Harrington и KJ Borkowski

Въпреки че някои от детайлите на процесите в PN не са отразени в сложните симулации, екипът стига до някои заключения.

Най-плътните области на спиралите изчезват доста бързо. Само за около 500 години топлинното разширение ги изтрива. Джетовете също помагат за прекъсване на спиралите. Поради тези причини авторите пишат:

„Опитът да се оценят орбиталните параметри от разрушени спирали, тоест пръстеновидни структури, в ореолите на PN трябва да се подхожда внимателно, особено за онези случаи, в които структурите са силно нарушени, като например случаят с NGC 7027.

Това изображение от космическия телескоп Хъбъл на НАСА/ЕКА изобразява NGC 7027 или мъглявината „Скъпоценна буболечка“. Обектът бавно издухва масата си в тихи, сферично симетрични или може би спирални модели в продължение на векове - до сравнително наскоро, когато показва нова форма - на детелина. Новите наблюдения на обекта разкриват безпрецедентни нива на сложност и бързи промени в струите и газовите мехури, изригващи от звездата в центъра на мъглявината. Кредит: ESA/Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=91369915

Резултатите на екипа също така показват, че орбиталният период на двойната система има последствия за формирането на PN, особено в ранните етапи.

„По-специално ние показваме, че повече преплетени 3D спирали, произведени с по-малки орбитални периоди, възпрепятстват разширяването на горещите мехури към орбиталната равнина, което позволява разширяването на елиптичните кухини към полярните посоки“, обясняват астрономите.

Има още работа, за да разберем как се формират PN. Проучване от 2021 г. показа как дори много бавните ветрове от AGB звезда и бинарният ексцентрицитет могат да накарат PN да се отклони от пръстеновидна структура. Авторите на тази статия казват, че е необходима повече работа, за да се разбере как всичко това се вписва заедно, за да се образуват PN с неправилна форма.

Всичко в природата е сложно и сложността се задълбочава колкото повече изучаваме нещата. Може би нищо в природата не илюстрира това по-добре от планетарните мъглявини. Тяхната очарователна визуална сложност представлява интерес не само за астрономите, но и за всеки, който се вълнува от природата.

Справка: Emerging planetary nebulae within 3D spiral patterns, V. Lora et al. 2023 г.  https://arxiv.org/pdf/2304.08668.pdf 

Източник: Each Planetary Nebula is Unique. Why Do They Look So Different?, Universe Today

Още по темата

11/11/2022

Космос

Европейската южна обсерватория празнува своята 60-та годишнина със зашеметяваща гледка на мъглявината Конус

14/09/2022

Космос

Телескопът Джеймс Уеб засне „спиращи дъха“ изображения на мъглявината Орион

22/04/2019

Космос

„Хъбъл“ с невероятна нова снимка на мъглявината Южен Рак (видео)

07/06/2017

Космос

Защо мъглявината Бумеранг е най-студеното място във Вселената