韦伯望远镜观测到蝴蝶星云中由宇宙尘埃和有机物构成的环面

借助美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）的詹姆斯·韦布空间望远镜，天文学家在理解岩质行星原材料如何聚集方面取得重大进展。研究人员对一种宇宙物质——结晶硅酸盐尘埃和多环芳烃，在名为蝴蝶星云的壮观双极行星状星云核心展开研究。

蝴蝶星云，又名NGC 6302，是研究最为深入的行星状星云之一。该星云位于天蝎座，距离地球约2417光年。其蝴蝶形状延展超过两光年，约为太阳到比邻星距离的一半。该天体呈现极端双极、复杂的形态，存在极高激发态气体、高分子质量物质以及结晶硅酸盐尘埃。

卡迪夫大学天文学家松浦美香子及其同事表示：“行星状星云是宇宙动物园中最美丽且最难以捉摸的天体之一。这些星云形成于质量约为太阳0.8至8倍的恒星在生命末期抛射大部分质量之时。行星状星云阶段转瞬即逝，仅持续约2万年。”

“与名称相悖，行星状星云与行星毫无关系。命名混淆始于数百年前，当时天文学家报告称这些星云呈圆形，类似行星。即便许多行星状星云根本不是圆形，这个名称依然沿用至今，蝴蝶星云就是这类星云能呈现奇妙形状的典型例子。蝴蝶星云是双极星云，即有两个向相反方向扩散的瓣，构成蝴蝶的‘翅膀’。”他们补充道。

“一条由尘埃气体构成的暗带仿若蝴蝶的‘身体’。实际上，这条暗带是一个从侧面观察的甜甜圈状圆环面，隐藏着星云的中心恒星——一颗类似太阳的古老恒星核心，它为星云供能并使其发光。这个尘埃甜甜圈可能是星云呈现昆虫形状的原因，因其阻止气体从恒星向各个方向均匀外流。”

韦布空间望远镜的中红外仪器（MIRI）拍摄的新图像聚焦于蝴蝶星云中心及其尘埃圆环面，以前所未有的视角展示了其复杂结构。天文学家识别出近200条谱线，每条谱线都蕴含着星云中原子和分子的信息。这些谱线揭示了由不同化学物质构成的嵌套且相互连接的结构。

研究人员还确定了蝴蝶星云中心恒星的位置，它加热了周围此前未被发现的尘埃云，使其在MIRI敏感的中红外波段明亮发光。这颗恒星温度达22万开尔文，是银河系行星状星云中已知最热的中心恒星之一。

论文作者表示：“这颗炽热的恒星引擎造就了星云的绚丽光芒，但其全部能量可能由环绕它的致密尘埃气体带——圆环面引导。新的韦布数据表明，圆环面由石英等结晶硅酸盐以及不规则形状的尘埃颗粒构成。尘埃颗粒大小约为百万分之一米，就宇宙尘埃而言尺寸较大，表明它们已生长很长时间。”

“在圆环面之外，不同原子和分子的辐射呈现多层结构。形成所需能量最大的离子集中在中心附近，而所需能量较小的离子则离中心恒星较远。铁和镍尤其引人关注，它们描绘出从恒星向相反方向喷射的一对喷流。”

有趣的是，研究团队还观测到由多环芳烃（PAHs）这种碳基分子发出的光。天文学家称：“它们形成扁平的环状结构，很像蜂巢中的蜂窝形状。在地球上，我们常在篝火烟雾、汽车尾气或烤焦的面包中发现多环芳烃。鉴于多环芳烃的位置，我们推测这些分子是在中心恒星吹出的‘风泡’冲入周围气体时形成的。这可能是多环芳烃在富氧行星状星云中形成的首个证据，为深入了解这些分子的形成细节提供重要线索。” 研究结果本周发表于《皇家天文学会月刊》。