天文学家以 3D 方式模拟猫眼星云

在一个 最近的研究 由斯坦福大学领导的国际研究小组发表在皇家天文学会月刊上,制作了第一个计算机生成的猫眼星云 3D 模型,该模型揭示了一对围绕星云外壳的对称环。 这项研究有可能帮助我们更好地了解星云的构成及其形成方式,因为对称环提供了它们是由进动喷流形成的线索,这有力地证实了星云中心存在双星。

猫眼星云,也称为 NGC 6543,距离地球约 3,000 光年,是夜空最令人叹为观止的图像之一。 像大多数行星状星云一样,它是在外层气体被一颗垂死的太阳质量恒星喷射时形成的。 来自哈勃太空望远镜 (HST) 的图像揭示了弧形细丝、结和球壳的复杂组成,这只会增加它的美感。

多年来,猫眼的神秘结构让科学家们目瞪口呆,因为他们无法弄清楚行星状星云形成的传统理论怎样解释其复杂的形状。 近年来的研究表明,进动喷流可以作为 NGC 6543 等星云的成形机制,但同时缺乏详细模型来证实这些说法。

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直到斯坦福大学的准本科生、天文学爱好者和该研究的主要作者 Ryan Clairmont 主动创建了猫眼的 3D 结构,希望能解释其独特的形状,而传统的天体物理学难以解释。 他得到了卡尔加里大学的 Nico Koning 博士和墨西哥国立自治大学 Wolfgang Steffen 博士的帮助。

在这项研究中,研究人员利用墨西哥圣佩德罗马蒂尔国家天文台的光谱数据来重新组装星云的 3D 结构。 将这些数据与来自 HST 的图像相结合,克莱尔蒙特能够建立一个新的猫眼 3D 模型,证明高密度气环包裹着星云的外壳。 这些环几乎完全对称的事实表明它们是由喷射形成的,喷射是一种高密度的气流,从星云以相反的方向喷射。

喷气机本身显示出所谓的岁差,很像陀螺的摆动运动。 随着喷气机随着时间的推移进动,一个圆圈的轮廓最终形成了我们现在在猫眼周围观察到的环。 然而,数据显示这些环是短暂的,这意味着进动喷流从未完成一个完整的 360 度循环。 由于射流流出的时间尺度展示了与行星状星云整体理论有关的重要信息,因此这些发现表明强有力的证据表明猫眼中心存在双星,因为只有双星才能对行星状星云的形成负责进动喷射。

由于喷流的方向和角度都随着时间而变化,它们很可能是我们在猫眼中观察到的当前特征的原因,包括结和喷流。 借助他们新的 3D 模型,研究团队能够根据环的方向计算进动射流的张角和倾斜度。

“当我第一次看到猫眼星云时,我被它美丽、完美对称的结构震惊了,”克莱尔蒙特说。 “我更惊讶的是它的 3D 结构没有被完全理解。 能够进行我自己的天体物理学研究,并在该领域产生实际影响,这是非常有益的。 行星状星云中的进动喷流相对罕见,因此了解它们怎样有助于形成更复杂的系统(如猫眼)非常重要。 最终,了解它们是怎样形成的,可以深入了解我们太阳的最终命运,太阳终有一天会成为行星状星云。”

与往常一样,继续做科学并继续寻找!

特色图片:由 Ryan Clairmont 及其研究团队制作的猫眼星云 3D 模型与哈勃拍摄的猫眼星云的并排对比。 (图片来源:Ryan Clairmont(左)和 NASA/ESA/HEIC/Hubble Heritage Team(太空望远镜科学研究所/AURA)(右);许可类型:Attribution-NonCommercial-ShareAlike (CC BY-NC-SA 4.0)