Tajemnica najjaśniejszych mgławic planetarnych

Najnowsze badania przeprowadzone przez zespół naukowców rozwiązały stałą debatę na temat gwiazd macierzystych najjaśniejszych mgławic planetarnych.

Pierwszą i najważniejszą informacją potrzebną do zrozumienia natury Wszechświata jest poznanie jego rozmiarów, zmierzenie odległości do galaktyk. Tak jak w epoce renesansu ludzie zaczęli określać wielkość Ziemi, położenie mórz i kontynentów, tak dzisiaj mapujemy Wszechświat za pomocą skal odległości, które zostały określone stopniowo, gwiazda po gwieździe, galaktyka po galaktyce.

Jeszcze sto lat temu nie wiedzieliśmy nawet, że galaktyki to układy gwiazd, których są tysiące milionów. Dopiero postęp technologiczny, coraz większe teleskopy i coraz czulsze instrumenty pozwoliły nam badać galaktyki i zaczęliśmy analizować ich poszczególne gwiazdy. Nawet dzisiaj nie możemy badać zwykłych gwiazd, takich jak Słońce, w galaktykach poza naszą własną, ale możemy je badać, gdy ewoluują, a w szczególności te, które stają się mgławicami planetarnymi.

Mgławica planetarna jest gazową otoczką wyrzuconą z gwiazdy, gdy staje się ona czerwonym olbrzymem, co jest fazą krytyczną, w której gwiazda nie jest w stanie utrzymać ciężaru własnej masy, ponieważ spaliła całe swoje najlepsze i najobfitsze paliwo, wodór, i zaczyna zużywać rezerwy helu. W tym momencie jej wewnętrzne jądro pozostaje odsłonięte, a ze względu na bardzo wysoką temperaturę (temperatura powierzchni gwiazdy zmienia się z około 3000oC do 100 000oC lub więcej w ciągu kilku tysięcy lat), emituje ona prawie całe swoje światło w ultrafiolecie, gwałtownie podgrzewając warstwy gazu, które wyrzuciła, i jonizując je.

Fascynujące jest to, że te otoczki, które nazywamy mgławicami planetarnymi, przekształcają ogromną ilość energii UV gwiazdy w światło widzialne, a głównie w jedną linię emisyjną znajdującą się właśnie tam, gdzie ludzkie oko jest najbardziej czułe, w żółto-zielonej części widma – wyjaśnia Antonio Mampaso, badacz IAC i współautor artykułu. Jest to linia emisyjna podwójnie zjonizowanego tlenu [OIII] 5007 Å.

Według Romano Corradi, dyrektora Gran Telescopio Canarias (GTC) i współautora artykułu, mgławice planetarne są kluczem do zrozumienia chemicznego wzbogacania się Wszechświata, tykaniem, które wyznacza chemiczny postęp ku przyszłości. Ale okazało się również, że mogą być używane jako linijki do pomiaru odległości do galaktyk, ponieważ we wszystkich typach galaktyk (spiralne, eliptyczne, młode i stare galaktyki) wszystkie najjaśniejsze mgławice planetarne mają taką samą jasność wewnętrzną w linii emisyjnej [OIII] 5007 Å i nie przekraczają jej. Ta jednorodność jest tak silną właściwością, że może być używana do mierzenia dystansu do galaktyk do odległości 70 milionów lat świetlnych, a nawet dalej. Naukowcy nie wiedzą jednak, dlaczego najjaśniejsze mgławice planetarne mają jasności, które są bardzo zbliżone do siebie, w okolicach „magicznej” wartości jasności, biorąc pod uwagę różnorodność zachodzących w nich procesów fizycznych.

Standardowe modele teoretyczne przewidują, że maksymalna jasność mgławicy planetarnej powinna być różna w zależności od typu galaktyki, a ponadto, że tak jasne mgławice nie powinny występować w bardzo rozwiniętych układach, ponieważ spodziewamy się, że ich gwiazdy macierzyste są stosunkowo masywne, ponad dwukrotnie masywniejsze od Słońca, dlatego powinny zniknąć z najstarszych układów. Obserwacje zaprzeczają obu tym założeniom.

Zespół astronomów zajął się tą zagadką, wyznaczając z najwyższą możliwą dokładnością parametry fizyczne i chemiczne najjaśniejszych mgławic planetarnych i ich gwiazd macierzystych w najbliższej nam galaktyce spiralnej, galaktyce Andromedy (M31). W tym celu pozyskali bardzo głębokie widma próbki mgławic planetarnych w M31. Wynika z nich, że najjaśniejsze mgławice planetarne są normalnymi mgławicami, o gęstości nieco powyżej średniej, z gwiazdami macierzystymi o masach blisko 1,5 masy Słońca.

Niedawna praca teoretyczna, wykorzystująca najbardziej zaawansowane modele ewolucyjne sugeruje, że gwiazdy o takich masach mogą generować, przynajmniej w ciągu około tysiąca lat, mgławice planetarne tak jasne, jak ta – wskazuje Mampaso. Uzyskane wyniki pokazują, że aby zrozumieć najjaśniejsze mgławice, nie potrzebujemy masywnych gwiazd, mimo, że jest ich wiele w galaktyce takiej jak M31.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
IAC

Vega

Na ilustracji: (Po lewej) Mgławica „Kocie Oko” w naszej Galaktyce. W odległości od galaktyki Andromedy (po prawej) tysiąc razy dalej te mgławice są postrzegane jako „zielone kropki”. Źródło: Romano Corradi.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.