蝴蝶星云是如何长出翅膀的？这很复杂

蝴蝶星云NGC 6302的彩色再现，由哈勃太空望远镜在2019年和2020年拍摄的黑白曝光创建。在紫色区域，在过去的900年里，强烈的恒星风正在积极地重塑星云翅膀。其他特征的年龄从1200年到2300年不等。资料来源：布鲁斯·巴利克/华盛顿大学/乔尔·卡斯特纳/宝拉·贝兹·莫拉加/罗切斯特理工学院/太空望远镜科学研究所

当红巨星耗尽氦燃料时排出其最外层时，就会形成行星状星云 - 成为炽热，致密的白矮星，大小与地球大致相同。脱落的富含碳的物质在轻轻吹入星际介质时形成令人眼花缭乱的图案。

大多数行星状星云大致是圆形的，但少数具有沙漏或翅膀状的形状，如恰如其分地命名为“蝴蝶星云”。这些形状可能是由围绕星云“母”恒星运行的第二颗恒星的引力牵引形成的，导致物质膨胀成一对星云瓣或“翅膀”。就像一个膨胀的气球，翅膀随着时间的推移而生长，而不会改变其原始形状。

然而，新的研究表明，蝴蝶星云有些不对劲。当华盛顿大学天文学家领导的一个团队比较哈勃太空望远镜在 2009 年和 2020 年拍摄的两次蝴蝶星云曝光时，他们看到了机翼内物质的巨大变化。正如他们将于1月12日在西雅图举行的美国天文学会第241次会议上报道的那样，强风正在推动星云翅膀内物质的复杂变化。他们想了解这种活动是如何从应该是“溅射的，基本上奄奄一息的恒星没有剩余燃料”的地方发生的。

“蝴蝶星云因其从中心恒星喷射的质量，速度和复杂性而极端，其温度比太阳高200倍以上，但仅比地球略大，”团队负责人Bruce Balick说，他是UW天文学名誉教授。“多年来我一直在比较哈勃望远镜的图像，我从未见过类似的东西。

该团队比较了相隔11年的高质量哈勃图像，以绘制星云翅膀内特征的速度和生长模式。大部分分析是由丹麦奥胡斯大学的研究生Lars Borchert进行的，他作为UW本科生参与了这项研究。

2009年至2020年间蝴蝶星云内部的结构变化。在11年的间隔内，各种特征已从黑色区域移动到白色区域。该图像揭示了过去两千年中由星云看不见的中心恒星多次抛射引起的令人惊讶的复杂增长模式。资料来源：Lars Borchert 和 Bruce Balick/华盛顿大学

Borchert发现了大约六种“喷流”——大约从2，300年前开始，到900年前结束——在一系列不对称的流出中将物质推出。星云外部的物质正在以每秒约500英里的速度快速移动，而靠近隐藏中心恒星的物质膨胀速度要慢得多，大约是该速度的十分之一。喷气机的路径相互交叉，在机翼内形成“凌乱”的结构和生长模式。

根据Balick的说法，星云的多极和快速变化的内部结构并不容易使用现有的行星状星云如何形成和演化的模型来解释。星云中心的恒星被尘埃和碎片隐藏，可能与伴星合并或从附近的恒星中吸取物质，产生复杂的磁场并产生喷流。

“在这一点上，这些都只是假设，”Balick说。“这向我们表明，当行星状星云形成时，我们并不完全了解工作的全部塑造过程。下一步是使用詹姆斯韦伯太空望远镜对星云中心进行成像，因为来自恒星的红外光可以穿透尘埃。

像我们太阳这样的恒星有一天会膨胀成红巨星，形成行星状星云，将碳和其他相对较重的元素排出到星际介质中，在遥远的未来形成恒星系统和行星。这项新研究，以及其他对行星状星云的“延时”分析，不仅可以帮助说明未来恒星系统的材料将如何形成，还可以说明我们自己绿洲的基石是如何在数十亿年前产生和收集的。

“这是一个在我们的宇宙中一遍又一遍地发生的创造故事，”Balick说。“塑造过程提供了对恒星活动的历史和影响的关键见解。

其他团队成员是罗切斯特理工学院的Joel Kastner和罗切斯特大学的Adam Frank。

原标题：《蝴蝶星云是如何长出翅膀的？这很复杂》

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