韦布（望远镜）探索宇宙蝴蝶的复杂核心

《韦伯望远镜探秘宇宙蝴蝶星云复杂核心》

2025年8月27日发布，浏览量7794次，点赞数69次。美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）与加拿大航天局（CSA）合作的詹姆斯·韦伯空间望远镜，揭示了蝴蝶星云（NGC 6302）核心的新细节。从围绕星云中心隐藏恒星的致密尘埃环面，到其外流喷流，韦伯的观测带来诸多新发现，描绘出这一动态且结构复杂的行星状星云前所未见的图景。

蝴蝶星云位于天蝎座方向，距离地球约3400光年，是银河系中研究最为深入的行星状星云之一。此前，NASA/ESA哈勃空间望远镜已对其成像，如今韦伯望远镜捕捉到该星云的全新视角。行星状星云是宇宙中最为美丽却又难以捉摸的天体之一。质量约为太阳0.8至8倍的恒星，在生命末期抛射出大部分物质，从而形成行星状星云。这一阶段转瞬即逝，仅持续约2万年。行星状星云虽名为“行星”，实则与行星并无关联。数百年前，天文学家因其看上去呈圆形，类似行星而得名，即便许多行星状星云并非圆形，蝴蝶星云便是这类奇妙形状的典型代表。

蝴蝶星云是双极星云，拥有两个向相反方向伸展的瓣，构成蝴蝶的“翅膀”，一条由尘埃气体组成的暗带仿若蝴蝶“身体”。这条暗带实际是从侧面观测到的甜甜圈状环面，隐藏着星云中心的恒星，这颗类似太阳的古老恒星核心，为星云提供能量并使其发光。尘埃环面可能因阻碍气体从恒星各方向均匀流出，从而造就星云的蝶形外观。

此次韦伯望远镜的新图像聚焦于蝴蝶星云中心及其尘埃环面，以前所未有的视角展现其复杂结构。图像数据来自韦伯的中红外仪器（MIRI）积分视场单元模式，该模式结合相机与光谱仪，可同时在多种不同波长成像，揭示天体外观随波长的变化。研究团队还辅以阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的强大射电数据。

分析韦伯数据的研究人员识别出近200条谱线，每条谱线都蕴含着星云内原子与分子的信息，这些谱线揭示出由不同化学物质构成的嵌套与互联结构。研究团队精确确定了蝴蝶星云中心恒星的位置，这颗恒星加热了周围此前未被探测到的尘埃云，使其在MIRI敏感的中红外波段明亮发光。此前由于尘埃遮蔽，该恒星在光学波段不可见，且以往对其搜索缺乏必要的红外灵敏度与分辨率。这颗恒星温度达22万开尔文，是银河系已知最热的行星状星云中心恒星之一。

这颗炽热的恒星为星云带来绚丽光芒，而其能量或许受周围致密尘埃气体带（环面）引导。韦伯新数据显示，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。这些尘埃颗粒尺寸达百万分之一米量级，就宇宙尘埃而言尺寸较大，表明其已生长许久。在环面之外，不同原子与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，而所需能量较低的离子则分布在离中心恒星较远之处。铁和镍尤为有趣，它们追踪到从恒星向相反方向喷发的一对喷流。

有趣的是，研究团队还观测到多环芳烃（PAHs）这类碳基分子发出的光。多环芳烃形成扁平的环状结构，类似蜂巢形状。在地球上，多环芳烃常见于篝火烟雾、汽车尾气或烤焦的面包中。鉴于多环芳烃的位置，研究团队推测，当来自中心恒星的“风泡”冲入周围气体时，这些分子得以形成。这可能是首次在富氧行星状星云内发现多环芳烃形成的证据，为了解这类分子形成细节提供重要线索。该研究成果今日发表于《皇家天文学会月刊》（https://doi.org/10.1093/mnras/staf1194 ）。

韦伯望远镜是有史以来发射到太空的最大、最强大的望远镜。根据国际合作协议，ESA利用阿丽亚娜5号运载火箭为望远镜提供发射服务，并负责阿丽亚娜5号针对韦伯任务的改进开发与鉴定，以及通过阿丽亚娜空间公司采购发射服务。ESA还提供了主力光谱仪NIRSpec，以及50%的中红外仪器MIRI，MIRI由欧洲各国资助的研究所组成的财团（MIRI欧洲财团）与美国喷气推进实验室（JPL）及亚利桑那大学合作设计建造。韦伯望远镜是NASA、ESA与加拿大航天局（CSA）的国际合作项目。