在蝴蝶星云的中心，詹姆斯韋伯太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了閃閃發(fā)光的晶體、熾熱的塵埃和神秘的分子，這可以解釋像地球這樣的巖石行星是如何形成的?？茖W家們發(fā)現(xiàn)了寶石狀的硅酸鹽和煙霧狀的顆粒，以及在意想不到的地方出現(xiàn)的與生命相關(guān)的碳結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)不僅展現(xiàn)了星云令人眼花繚亂的美麗，也揭示了孕育恒星、行星乃至生命本身的隱藏化學反應。

這幅圖像結(jié)合了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的紅外數(shù)據(jù)和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）的亞毫米波觀測數(shù)據(jù)，展現(xiàn)了蝴蝶星云中心恒星周圍環(huán)繞的環(huán)形環(huán)面和相互連接的塵埃氣泡。從我們的角度來看，環(huán)面垂直排列，幾乎是邊緣朝向，并與包圍恒星的氣泡相交。在圖像中，這些氣泡呈現(xiàn)鮮紅色，被氦氣和氖氣的光線照亮。氣泡外部，由電離鐵輻射追蹤的噴流向相反方向噴射。圖片來源：ESA/Webb、NASA 和 CSA、M. Matsuura、ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）、N. Hirano、M. Zamani（ESA/Webb）

在令人眼花繚亂的“宇宙蝴蝶”中心，我們發(fā)現(xiàn)了類似地球的行星最初如何出現(xiàn)的線索。

利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡，科學家報告在理解巖石行星基本組成部分如何形成方面取得了重大進展。

蝴蝶星云 (NGC 6302) 位于天蝎座，距離我們約 3400 光年，其中心的研究人員研究了宇宙塵埃，它由微小的礦物和有機顆粒組成，其中還含有與生命起源相關(guān)的元素。

從星云隱藏恒星周圍的厚厚塵埃環(huán)到向外流出的物質(zhì)流，韋伯的觀測揭示了新的細節(jié)，為高度結(jié)構(gòu)化和充滿活力的行星狀星云提供了迄今為止最詳細的觀察。

該研究結(jié)果于8月27日發(fā)表在《皇家天文學會月刊》上。

這張帶注釋的圖片帶領(lǐng)觀眾深入探索蝴蝶星云 NGC 6302 的核心，這是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡拍攝的。圖片來源：ESA/Webb、NASA & CSA、M. Matsuura、ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）、N. Hirano、M. Zamani（ESA/Webb）

雖然大多數(shù)宇宙塵埃具有不規(guī)則的煙灰狀結(jié)構(gòu)，但其中一些排列成類似于微型寶石的引人注目的晶體形狀。

“多年來，科學家們一直在爭論宇宙塵埃是如何在太空中形成的。但現(xiàn)在，在強大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的幫助下，我們可能終于能更清晰地了解宇宙塵埃了?！笔紫芯繂T、卡迪夫大學的松浦美佳子博士說道。

“我們能夠看到在平靜、持久區(qū)域形成的冷寶石和在劇烈、快速移動的空間部分產(chǎn)生的火熱污垢，所有這些都在一個物體內(nèi)。這一發(fā)現(xiàn)對于理解行星基本物質(zhì)如何聚集是一大進步?！?/p>

這組圖片展示了蝴蝶星云的三幅圖像，包括哈勃望遠鏡拍攝的可見光和近紅外圖像（左圖和中圖），以及最新的韋伯/阿爾瑪（ALMA）圖像。圖片來源：ESA/韋伯、NASA & CSA、M. Matsuura、J. Kastner、K. Noll、ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）、N. Hirano、J. Kastner、M. Zamani（ESA/韋伯）

蝴蝶星云的中心恒星是我們銀河系中行星狀星云中已知最熱的中心恒星之一，溫度為 220000 開爾文。

這個熾熱的恒星引擎是星云絢麗光芒的來源，但它的全部能量可能由環(huán)繞它的濃密塵埃氣體帶——環(huán)面——所引導。

韋伯望遠鏡的新數(shù)據(jù)顯示，該環(huán)面由類似石英的結(jié)晶硅酸鹽以及形狀不規(guī)則的塵埃顆粒組成。這些塵埃顆粒的尺寸約為百萬分之一米——就宇宙塵埃而言，這已經(jīng)相當大了——這表明它們已經(jīng)生長了很長時間。

在環(huán)面之外，不同原子和分子的輻射呈現(xiàn)出多層結(jié)構(gòu)。形成所需能量最大的離子集中在靠近中心的位置，而所需能量較少的離子則位于距離中心恒星較遠的位置。鐵和鎳尤其有趣，它們追蹤著一對從恒星向外以相反方向噴射的噴流。

有趣的是，研究小組還發(fā)現(xiàn)了一種名為多環(huán)芳烴（PAH）的碳基分子發(fā)出的光。它們形成扁平的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，很像蜂巢里的蜂窩形狀。在地球上，我們經(jīng)常在篝火、汽車尾氣或烤焦的面包的煙霧中發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳烴。

考慮到多環(huán)芳烴的位置，研究小組懷疑這些分子是在來自中心恒星的風“泡”爆發(fā)到周圍氣體時形成的。這可能是有史以來第一個在富氧行星狀星云中形成多環(huán)芳烴的證據(jù)，為我們了解這些分子的形成細節(jié)提供了重要的幫助。

NGC 6302 是我們銀河系中研究最深入的行星狀星云之一，之前曾被哈勃太空望遠鏡拍攝到。

行星狀星云是宇宙動物園中最美麗、最難以捉摸的成員之一。這些星云形成于質(zhì)量約為太陽質(zhì)量0.8至8倍的恒星在其生命末期失去大部分質(zhì)量時。行星狀星云階段轉(zhuǎn)瞬即逝，僅持續(xù)約2萬年。

與名稱相反，行星狀星云與行星無關(guān)：命名混亂始于幾百年前，當時天文學家報告說這些星云呈圓形，像行星一樣。盡管許多行星狀星云根本不是圓形的，但這個名字仍然沿用下來——而蝴蝶星云就是這些星云所呈現(xiàn)的奇妙形狀的典型例子。

蝴蝶星云是一個雙極星云，這意味著它有兩個向相反方向伸展的葉狀結(jié)構(gòu)，形成蝴蝶的“翅膀”。一條暗色的塵埃氣體帶則構(gòu)成了蝴蝶的“身體”。

從側(cè)面看，這條帶狀結(jié)構(gòu)實際上是一個甜甜圈狀的環(huán)面，遮住了星云的中心恒星——一顆類似太陽的恒星的古老核心，它為星云提供能量并使其發(fā)光。這個布滿塵埃的甜甜圈狀結(jié)構(gòu)可能是星云呈昆蟲狀的原因，因為它阻止了氣體從恒星向各個方向均勻流動。

韋伯太空望遠鏡的新圖像放大了蝴蝶星云的中心及其塵埃環(huán)面，提供了前所未有的復雜結(jié)構(gòu)視角。該圖像使用了韋伯太空望遠鏡中紅外儀器（MIRI）在積分場單元模式下的數(shù)據(jù)。

這種模式結(jié)合了相機和光譜儀，可以同時拍攝多種不同波長的圖像，從而揭示物體外觀如何隨波長變化。研究團隊利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（一個強大的射電天線網(wǎng)絡）的數(shù)據(jù)，補充了韋伯望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)。

研究人員分析了這些韋伯數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了近200條譜線，每條譜線都包含有關(guān)星云中原子和分子的信息。這些譜線揭示了由不同化學物質(zhì)追蹤的嵌套和互連結(jié)構(gòu)。

研究小組能夠精確定位蝴蝶星云中心恒星的位置，該恒星加熱了周圍先前未被發(fā)現(xiàn)的塵埃云，使后者在 MIRI 敏感的中紅外波長下發(fā)出明亮的光芒。

由于塵埃的籠罩，該星云中心恒星的位置至今仍難以確定，因為在可見光波段，恒星無法被可見光所感知。此前對該恒星的搜尋缺乏足夠的紅外靈敏度和分辨率，無法探測到其遮蔽的溫暖塵埃云。

編譯自/scitechdaily