De NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope heeft nieuwe details onthuld in de kern van de Vlindernevel, NGC 6302. Van de dichte, stofrijke torus die de ster in het midden van de nevel omringt tot de uitstromende jets, de Webb-waarnemingen onthullen vele nieuwe ontdekkingen die een nooit eerder gezien portret schetsen van een dynamische en gestructureerde planetaire nevel.
Die nieuwe ontdekkingen zijn gepubliceerd in een wetenschappelijk artikel in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, waaraan Peter van Hoof van de Koninklijke Sterrenwacht van België en Joris Blommaert van de VUB hebben bijgedragen.
Drie weergaven van de Vlindernevel, ook wel NGC 6302 genoemd. De linker- en middelste afbeeldingen hier benadrukken de bipolaire aard van de Vlindernevel in optisch en nabij-infrarood licht, vastgelegd door de NASA/ESA Hubble Space Telescope.
De nieuwe, gecombineerde Webb+ALMA afbeelding rechts zoomt in op het centrum van de Vlindernevel en zijn stofrijke torus, en biedt een ongekend beeld van zijn complexe structuur. Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, M. Matsuura, J. Kastner, K. Noll, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Zamani (ESA/Webb). Bron: https://esawebb.org/images/weic2517a/.
De Vlindernevel, een bipolaire planetaire nevel
De Vlindernevel, gelegen op ongeveer 3400 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Schorpioen, is een van de best bestudeerde planetaire nevels in ons sterrenstelsel. Deze prachtige nevel is eerder al in beeld gebracht door de NASA/ESA Hubble Space Telescope.
Planetaire nevels behoren tot de mooiste en meest ongrijpbare wezens in de kosmische dierentuin. Deze nevels ontstaan wanneer sterren met een massa tussen ongeveer 0,8 en 8 keer de massa van de zon het grootste deel van hun massa afwerpen aan het einde van hun leven. De planetaire nevel fase is vluchtig en duurt slechts ongeveer 20.000 jaar.
In tegenstelling tot de naam hebben planetaire nevels niets met planeten te maken: de verwarring bij de naamgeving begon een paar honderd jaar geleden, toen astronomen meldden dat deze nevels rond leken, net als planeten. De naam is blijven hangen, ook al zijn veel planetaire nevels helemaal niet rond — en de Vlindernevel is een goed voorbeeld van de fantastische vormen die deze nevels kunnen aannemen.
De Vlindernevel is een bipolaire nevel, wat betekent dat hij twee lobben heeft die zich in tegengestelde richtingen verspreiden en de 'vleugels' van de vlinder vormen. Een donkere band van stofrijk gas doet zich voor als het 'lichaam' van de vlinder. Deze band is eigenlijk een donutvormige torus die van opzij wordt bekeken en de centrale ster van de nevel verbergt — de oude kern van een ster zwaarder dan de zon die de nevel van energie voorziet en hem doet gloeien. De stofrijke torus kan verantwoordelijk zijn voor de insectoïde vorm van de nevel door te voorkomen dat gas in alle richtingen gelijkmatig van de ster naar buiten stroomt.
Foto van de Vlindernevel, NGC 6302, genomen door de NASA/ESA Hubble Space Telescope. Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, K. Noll, M. Zamani (ESA/Webb). Bron: https://esawebb.org/images/weic2517d/.
Nieuwe structuren onthuld door een internationaal onderzoeksteam
Deze nieuwe Webb-afbeelding zoomt in op het centrum van de Vlindernevel en zijn stofrijke torus, en biedt een ongekend beeld van zijn complexe structuur. De afbeelding maakt gebruik van gegevens van Webb's Mid-InfraRed Instrument (MIRI) dat werkt in de integrale veld modus (Engels: Integral Field Unit). Deze modus combineert een camera en een spectrograaf om tegelijkertijd afbeeldingen te maken op veel verschillende golflengten, waardoor wordt onthuld hoe het uiterlijk van een object verandert met de golflengte. Het onderzoeksteam vulde de Webb-waarnemingen aan met gegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een krachtig netwerk van radioschotels.
Onderzoekers die deze Webb-gegevens analyseerden, waaronder Peter van Hoof van de Koninklijke Sterrenwacht van België en Joris Blommaert van de VUB, identificeerden bijna 200 spectrale lijnen, die elk informatie bevatten over de atomen en moleculen in de nevel. Deze lijnen onthullen geneste en onderling verbonden structuren die worden getraceerd door verschillende chemische verbindingen.
Het onderzoeksteam heeft de locatie van de centrale ster van de Vlindernevel vastgesteld. Deze ster verwarmt een eerder onopgemerkte stofwolk eromheen, waardoor deze helder oplicht in de mid-infrarode golflengten waar MIRI gevoelig voor is. De locatie van de centrale ster van de nevel was tot nu toe onbekend gebleven, omdat dit omhullende stof de ster onzichtbaar maakt bij optische golflengten. Eerdere zoektochten naar de ster misten de combinatie van infraroodgevoeligheid en resolutie die nodig is om de verduisterende warme stofwolk te ontdekken. Met een temperatuur van 220.000 kelvin is dit een van de heetste bekende centrale sterren in een planetaire nevel in ons sterrenstelsel.
Afbeelding van de Vlindernevel, NGC 6302, die infraroodgegevens van de NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope combineert met submillimeterwaarnemingen van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, M. Matsuura, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Zamani (ESA/Webb). Bron: https://esawebb.org/images/weic2517b/.
Deze gloeiend hete stellaire motor is verantwoordelijk voor de prachtige gloed van de nevel, maar zijn volledige kracht wordt beperkt door de dichte band van stofrijk gas die hem omringt: de torus. De nieuwe Webb-gegevens laten zien dat de torus is samengesteld uit kristallijne silicaten zoals kwarts, evenals onregelmatig gevormde stofdeeltjes. De stofdeeltjes hebben een grootte in de orde van een miljoenste van een meter — groot, voor kosmisch stof — wat aangeeft dat ze al lange tijd groeien.
Buiten de torus neemt de emissie van verschillende atomen en moleculen een structuur met meerdere lagen aan. De ionen die de meeste energie nodig hebben om te vormen, zijn geconcentreerd dicht bij het centrum, terwijl de ionen die minder energie nodig hebben verder van de centrale ster worden aangetroffen. IJzer en nikkel zijn bijzonder interessant en traceren een paar jets die in tegengestelde richting vanuit de ster naar buiten schieten.
Erg interessant was ook de ontdekking van het team dat licht wordt uitgezonden door koolstofhoudende moleculen die bekend staan als polycyclische aromatische koolwaterstoffen, of PAK's. Ze vormen platte, ringachtige structuren, net als de honingraatvormen die in bijenkorven worden aangetroffen. Op aarde vinden we PAK's vaak in rook van kampvuren, uitlaatgassen van auto's of verbrande toast. Gezien de locatie van de PAK's vermoedt het onderzoeksteam dat deze moleculen ontstaan wanneer een 'bubbel' wind van de centrale ster uitbarst in het gas dat haar omringt. Dit is mogelijk het allereerste bewijs van PAK's die zich vormen in een planetaire nevel, wat een belangrijk inzicht geeft op de details van hoe deze moleculen zich vormen.
De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
De ingewikkelde structuur in het centrum van de Vlindernevel, NGC 6302. Er is een heldere bron in het midden van de afbeelding, gelabeld (in het Engels) als 'stervende ster'. Deze is omgeven door groenachtige nevel en verschillende lusvormige lijnen in crème, oranje en roze. Een van deze lijnen lijkt een ring te vormen die verticaal en bijna op de rand gericht is rond de heldere bron in het midden.
Deze ring is op verschillende plaatsen gelabeld om de nabije en verre zijden aan te duiden van een structuur die de torus wordt genoemd, een stofbaan die langs de torus loopt en een gebied waar de torus is geïoniseerd. Andere lijnen traceren een achtvorm. Deze lijnen zijn gelabeld om de binnenste bubbel aan te duiden, evenals waar de bubbel de torus kruist.
Naar buiten toe, vanaf deze complexe lijnen en groene neveligheid, is er aan weerszijden van het object een gedeelte met rood licht, gelabeld als 'buitenste bubble' (Outer Bubble).
De rechterboven- en linkeronderhoek van deze afbeelding tonen een paarse streep die uit de afbeelding wijst. Deze paarse strepen zijn gelabeld als 'jet'. Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, M. Matsuura, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Zamani (ESA/Webb). Bron: https://esawebb.org/images/weic2517c/.
