美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜获得了环形星云的图像，这是最著名的行星状星云的例子之一。 就像韦伯最早的图像之一南环星云一样，环星云展示了垂死恒星最后阶段的复杂结构。卡迪夫大学的罗杰·韦森（Roger Wesson）向我们讲述了类太阳恒星恒星生命周期这一阶段的更多信息，以及韦伯观测如何为他和他的同事提供了对这些天体形成和演化的宝贵见解，暗示了双星伴星的关键作用。

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜对著名的环形星云进行了前所未有的详细观察。环形星云是由一颗恒星在耗尽燃料时甩掉其外层而形成的，是一个典型的行星状星云。这张来自韦伯 NIRCam（近红外相机）的新图像显示了内环灯丝结构的复杂细节。星云中有大约20,000个致密小球，富含分子氢。相反，内部区域显示出非常热的气体。主壳包含一个细环，增强了碳基分子（多环芳烃（PAH））的排放。图片来源：ESA/Webb、NASA、CSA、M. Barlow（伦敦大学学院）、N. Cox (ACRI-ST)、R. Wesson（卡迪夫大学）

“行星状星云曾经被认为是简单的圆形物体，中心有一颗垂死的恒星。 它们因其在小型望远镜中看到的模糊的、类似行星的外观而得名。 仅仅几千年前，那颗恒星仍然是一颗正在失去大部分质量的红巨星。 作为最后的告别，炽热的核心现在将排出的气体电离或加热，而星云则以五颜六色的光做出回应。 然而，现代观测表明，大多数行星状星云都表现出惊人的复杂性。 这就引出了一个问题：球形恒星如何创造出如此复杂而精致的非球形结构？

这张来自韦伯 MIRI（中红外仪器）的环形星云新图像揭示了星云环外部区域同心特征的特殊细节。 大约十个同心圆弧位于主环外缘之外。 这些弧被认为源自中心恒星与一颗低质量伴星的相互作用，该伴星的轨道距离与地球和冥王星之间的距离相当。 CSA、M. Barlow（伦敦大学学院）、N. Cox（ACRI-ST）、R. Wesson（卡迪夫大学）

“环形星云是解开行星状星云一些奥秘的理想目标。 它就在附近，距离大约 2,200 光年，而且明亮——在晴朗的夏夜，从北半球和南半球的大部分地区用双筒望远镜都可以看到它。 我们的团队名为 ESSENcE（JWST 时代的演化恒星及其星云）团队，是一个由行星状星云和相关天体专家组成的国际团队。我们意识到韦伯观测将为我们提供宝贵的见解，因为环形星云非常适合韦伯 NIRCam（近红外相机）和 MIRI（中红外仪器）仪器的视野，使我们能够在前所未有的空间中研究它的细节。 我们的观测提议被接受（通用观测者计划 1558），韦伯在 2022 年 7 月 12 日科学行动开始后几周就捕捉到了环形星云的图像。”

“当我们第一次看到这些图像时，我们被其中的大量细节震惊了。 这个明亮的星云环由约 20000 个致密分子氢气团组成，每个团块的质量与地球相当。 在环内，有一条狭窄的发射带，来自多环芳烃（PAH）——我们不希望在环星云中形成的复杂的含碳分子。 在明亮的光环之外，我们看到奇怪的“尖峰”直接指向远离中心恒星的地方，这些尖峰在红外线中很突出，但在哈勃太空望远镜图像中只能非常微弱地可见。 我们认为这些可能是由于在环最密集部分的阴影中形成的分子造成的，在那里它们免受来自炽热中心恒星的直接、强烈的辐射。”

“我们的 MIRI 图像为我们提供了迄今为止最锐利、最清晰的明亮环外微弱分子光环的视图。 一个令人惊讶的发现是，在这个微弱的光环中存在多达十个规则间隔的同心特征。 当中心恒星脱落其外层时，这些弧必定大约每 280 年形成一次。 当一颗恒星演化成行星状星云时，据我们所知，没有任何过程具有这样的时间周期。 相反，这些光环表明该系统中一定有一颗伴星，它的轨道与中心恒星的距离就像冥王星与太阳的距离一样远。 当垂死的恒星摆脱大气层时，伴星塑造了流出物并雕刻了它。 以前的望远镜没有足够的灵敏度和空间分辨率来揭示这种微妙的效应。”

“那么球形恒星是如何形成像环形星云这样结构复杂的星云呢？ 来自双星伴侣的一点帮助很可能是答案的一部分。”

作者

Roger Wesson 是英国卡迪夫大学物理与天文学院的研究员，也是 ESSENcE 项目的联合研究员。

松浦美佳子（Mikako Matsuura）是英国卡迪夫大学物理与天文学院的读者（相当于副教授），也是 ESSENcE 项目的联合研究员。

Albert A. Zijlstra 是英国曼彻斯特大学天体物理学教授，也是 ESSENcE 项目的联合研究员。