美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡獲得了環形星雲的圖像，這是最著名的行星狀星雲的例子之一。就像韋伯最早的圖像之一南環星雲一樣，環星雲展示了垂死恆星最後階段的複雜結構。卡迪夫大學的羅傑·韋森（Roger Wesson）向我們講述了類太陽恆星恆星生命週期這一階段的更多信息，以及韋伯觀測如何為他和他的同事提供了對這些天體形成和演化的寶貴見解，暗示了雙星伴星的關鍵作用。

美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對著名的環形星雲進行了前所未有的詳細觀察。環形星雲是由一顆恆星在耗盡燃料時甩掉其外層而形成的，是一個典型的行星狀星雲。這張來自韋伯NIRCam（近紅外相機）的新圖像顯示了內環燈絲結構的複雜細節。星雲中有大約20,000個緻密小球，富含分子氫。相反，內部區域顯示出非常熱的氣體。主殼包含一個細環，增強了碳基分子（多環芳烴（PAH））的排放。圖片來源：ESA/Webb、NASA、CSA、M. Barlow（倫敦大學學院）、N. Cox (ACRI-ST)、R. Wesson（卡迪夫大學）

“行星狀星雲曾經被認為是簡單的圓形物體，中心有一顆垂死的恆星。 它們因其在小型望遠鏡中看到的模糊的、類似行星的外觀而得名。 僅僅幾千年前，那顆恆星仍然是一顆正在失去大部分質量的紅巨星。 作為最後的告別，熾熱的核心現在將排出的氣體電離或加熱，而星雲則以五顏六色的光做出回應。 然而，現代觀測表明，大多數行星狀星雲都表現出驚人的複雜性。 這就引出了一個問題：球形恆星如何創造出如此復雜而精緻的非球形結構？

這張來自韋伯MIRI（中紅外儀器）的環形星雲新圖像揭示了星雲環外部區域同心特徵的特殊細節。大約十個同心圓弧位於主環外緣之外。這些弧被認為源自中心恆星與一顆低質量伴星的相互作用，該伴星的軌道距離與地球和冥王星之間的距離相當。CSA、M. Barlow（倫敦大學學院）、N. Cox（ACRI-ST）、R. Wesson（卡迪夫大學）

“環形星雲是解開行星狀星雲一些奧秘的理想目標。 它就在附近，距離大約2,200 光年，而且明亮——在晴朗的夏夜，從北半球和南半球的大部分地區用雙筒望遠鏡都可以看到它。 我們的團隊名為ESSENcE（JWST 時代的演化恆星及其星雲）團隊，是一個由行星狀星雲和相關天體專家組成的國際團隊。我們意識到韋伯觀測將為我們提供寶貴的見解，因為環形星云非常適合韋伯NIRCam（近紅外相機）和MIRI（中紅外儀器）儀器的視野，使我們能夠在前所未有的空間中研究它的細節。 我們的觀測提議被接受（通用觀測者計劃1558），韋伯在2022 年7 月12 日科學行動開始後幾週就捕捉到了環形星雲的圖像。”

“當我們第一次看到這些圖像時，我們被其中的大量細節震驚了。 這個明亮的星雲環由約20000 個緻密分子氫氣團組成，每個團塊的質量與地球相當。 在環內，有一條狹窄的發射帶，來自多環芳烴（PAH）——我們不希望在環星雲中形成的複雜的含碳分子。 在明亮的光環之外，我們看到奇怪的“尖峰”直接指向遠離中心恆星的地方，這些尖峰在紅外線中很突出，但在哈勃太空望遠鏡圖像中只能非常微弱地可見。 我們認為這些可能是由於在環最密集部分的陰影中形成的分子造成的，在那裡它們免受來自熾熱中心恆星的直接、強烈的輻射。”

“我們的MIRI 圖像為我們提供了迄今為止最銳利、最清晰的明亮環外微弱分子光環的視圖。 一個令人驚訝的發現是，在這個微弱的光環中存在多達十個規則間隔的同心特徵。 當中心恆星脫落其外層時，這些弧必定大約每280 年形成一次。 當一顆恆星演化成行星狀星雲時，據我們所知，沒有任何過程具有這樣的時間週期。 相反，這些光環表明該系統中一定有一顆伴星，它的軌道與中心恆星的距離就像冥王星與太陽的距離一樣遠。 當垂死的恆星擺脫大氣層時，伴星塑造了流出物並雕刻了它。 以前的望遠鏡沒有足夠的靈敏度和空間分辨率來揭示這種微妙的效應。”

“那麼球形恆星是如何形成像環形星雲這樣結構複雜的星雲呢？ 來自雙星伴侶的一點幫助很可能是答案的一部分。”

作者

Roger Wesson 是英國卡迪夫大學物理與天文學院的研究員，也是ESSENcE 項目的聯合研究員。

松浦美佳子（Mikako Matsuura）是英國卡迪夫大學物理與天文學院的讀者（相當於副教授），也是ESSENcE 項目的聯合研究員。

Albert A. Zijlstra 是英國曼徹斯特大學天體物理學教授，也是ESSENcE 項目的聯合研究員。