Космічний телескоп Джеймса Вебба відкрив нові деталі в ядрі туманності Метелик, відомої як NGC 6302. Від щільного, запиленого тора, що оточує приховану в центрі туманності зірку, до її викидних струменів, спостереження Webb розкривають безліч нових відкриттів, що створюють небачений раніше портрет динамічної та структурованої планетарної туманності.
Туманність Метелик, розташована на відстані близько 3400 світлових років у сузір’ї Скорпіона, є однією з найкраще вивчених планетарних туманностей у нашій галактиці. Це дивовижне утворення раніше було сфотографовано космічним телескопом Габбл. Тепер Webb зробив новий знімок цієї туманності.
Планетарні туманності є одними з найгарніших і найбільш невловимих «істот» у космічному зоопарку. Ці туманності утворюються, коли зірки з масою від 0.8 до 8 мас Сонця скидають більшу частину своєї маси наприкінці життя. Фаза планетарної туманності є швидкоплинною, триваючи лише близько 20 000 років.
Всупереч назві, планетарні туманності не мають нічого спільного з планетами: плутанина з назвою почалася кілька сотень років тому, коли астрономи повідомили, що ці туманності здаються круглими, як планети. Назва прижилася, хоча багато планетарних туманностей зовсім не круглі — і туманність Метелик є яскравим прикладом фантастичних форм, які можуть набувати ці туманності.
Туманність Метелик є біполярною туманністю, що означає, що вона має дві частки, які поширюються в протилежних напрямках, утворюючи «крила» метелика. Темна смуга запиленого газу служить «тілом» метелика. Ця смуга насправді є тором у формі пончика, який розглядається збоку, приховуючи центральну зірку туманності — стародавнє ядро зірки, схожої на Сонце, яке живить туманність і змушує її світитися. Запилений «пончик» може бути відповідальним за форму туманності, схожу на комаху, запобігаючи рівномірному відтоку газу від зірки в усіх напрямках.
Нове зображення Webb наближує центр туманності Метелик та її запилений тор, надаючи безпрецедентний вигляд її складної структури. Зображення використовує дані від приладу середнього інфрачервоного діапазону Webb (MIRI), що працює в режимі інтегрального поля. Цей режим поєднує камеру та спектрограф для одночасного створення зображень на багатьох різних довжинах хвиль, виявляючи, як вигляд об’єкта змінюється залежно від довжини хвилі. Дослідницька група доповнила спостереження Webb даними з Атакамської великої міліметрової/субміліметрової решітки (ALMA), потужної мережі радіотелескопів.
Дослідники, що аналізували ці дані Webb, ідентифікували майже 200 спектральних ліній, кожна з яких містить інформацію про атоми та молекули в туманності. Ці лінії виявляють вкладені та взаємопов’язані структури, простежені різними хімічними видами.
Дослідницька група точно визначила місце розташування центральної зірки туманності Метелик, яка нагріває раніше невиявлену хмару пилу навколо себе, змушуючи останню яскраво світитися на середніх інфрачервоних довжинах хвиль, до яких чутливий MIRI. Місце розташування центральної зірки туманності залишалося невловимим дотепер, оскільки цей пил робить її невидимою на оптичних довжинах хвиль.
Попереднім пошукам зірки бракувало поєднання інфрачервоної чутливості та роздільної здатності, необхідних для виявлення її прихованої теплої пилової хмари. З температурою 220 тисяч Кельвінів, це одна з найгарячіших відомих центральних зірок у планетарній туманності в нашій галактиці.
Цей палаючий зоряний двигун відповідальний за чудове світіння туманності, але його повна сила може бути спрямована щільною смугою запиленого газу, що її оточує: тором. Нові дані Webb показують, що тор складається з кристалічних силікатів, таких як кварц, а також із зерен пилу неправильної форми. Розміри зерен пилу становлять близько мільйонної частки метра — це великі розміри, якщо йдеться про космічний пил, що вказує на те, що вони росли протягом тривалого часу.
За межами тора випромінювання від різних атомів і молекул набуває багатошарової структури. Іони, для утворення яких потрібна найбільша кількість енергії, сконцентровані близько до центру, тоді як ті, що вимагають менше енергії, знаходяться далі від центральної зірки. Залізо та нікель є особливо цікавими, простежуючи пару струменів, що вибухають назовні від зірки в протилежних напрямках.
Інтригуюче, що команда також помітила світло, випромінюване молекулами на основі вуглецю, відомими як поліциклічні ароматичні вуглеводні, або ПАВ. Вони утворюють плоскі, кільцеподібні структури, дуже схожі на форми стільників, що зустрічаються у вуликах. На Землі ми часто знаходимо ПАВ у димі від багать, вихлопних газах автомобілів або підгорілих тостах.
Враховуючи місце розташування ПАВ, дослідницька група припускає, що ці молекули утворюються, коли «бульбашка» вітру від центральної зірки вривається в газ, що її оточує. Це може бути першим в історії доказом утворення ПАВ у багатій на кисень планетарній туманності, що дає важливе уявлення про деталі утворення цих молекул.
