Miliardy lat od teraz, gdy będzie już zbliżać się do końca swego życia, a jądra helu zaczną się łączyć w jego jądrze, Słońce dość gwałtownie rozrośnie się i przekształci w tak zwanego czerwonego olbrzyma. Po pochłonięciu Merkurego, Wenus i Ziemi stanie się tak duże, że nie będzie już dłużej mogło utrzymać swoich zewnętrznych warstw z gazu i pyłu. Warstwy te zaczną się wówczas rozpraszać w przestrzeni kosmicznej, tworząc piękną powłokę światła, świecącą niczym neon jeszcze przez tysiące lat.
W galaktyce jest wiele takich pozostałości po gwiazdach. Astronomowie nazywają je mgławicami planetarnymi. Stanowią one typowy etap życia gwiazd od połowy masy Słońca do ośmiu jego mas. Gwiazdy o większych masach umierają znacznie bardziej gwałtownie – w wybuchach supernowych.
Mgławice planetarne miewają rozmaite kształty. Widać to w ich fantazyjnych nazwach: Motyl, Kocie Oko, Południowy Krab... Oprócz tego są wciąż zagadkowe z punktu widzenia nauki. Nie wiemy na przykład, jak kosmiczny „motyl” powstał z dość gładkiego, okrągłego gwiezdnego kokonu wokół czerwonego olbrzyma. Obserwacje i modele komputerowe wskazują nam jednak w tym przypadku pewne wyjaśnienie: większość czerwonych olbrzymów ma mniejsze, gwiazdowe towarzyszki: składniki układów podwójnych. Wówczas druga gwiazda układu może kształtować proces przemiany olbrzyma w mgławicę planetarną, podobnie jak garncarz formujący gliniane naczynie na kole garncarskim.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawnił niezwykłe szczegóły Mgławicy Pierścień Południowy, położonej około 2500 lat świetlnych od nas w granicach gwiazdozbioru Żagla. Po lewej stronie widzimy zdjęcie w bliskiej podczerwieni, przedstawiające spektakularne, koncentryczne powłoki gazu, które stanowią zapis historii końca życia gwiazdy. Po prawej: obraz w średniej podczerwieni z łatwością umożliwia nam odróżnienie umierającej gwiazdy w centrum mgławicy (kolor czerwony) od jej towarzyszki (niebieski). Cały gaz i pył w mgławicy został odrzucony przez czerwoną gwiazdę. Źródło: NASA, ESA, CSA, AND STSCI
Jak dotąd najlepsza teoria powstawania mgławic planetarnych dotyczyła tylko pojedynczej gwiazdy – czerwonego olbrzyma. Ponieważ jej zewnętrzne warstwy są słabo związane grawitacją, pod koniec życia bardzo szybko traci ona masę, w tempie nawet o 1 procent na stulecie. Ponadto pod powierzchnią gwiazdy plazma ciągle wrze, powodując pulsowanie jej bardziej zewnętrznych warstw. Astronomowie przypuszczają, że to właśnie te pulsacje wytwarzają fale uderzeniowe, które wyrzucają gaz i pył w przestrzeń, wytwarzając tak zwany wiatr gwiazdowy. Potrzeba jednak ogromnej ilości energii, aby wyrzucić ten materiał w całości i by nie opadł on z powrotem na gwiazdę. Wiatr ten nie może być zatem delikatnym zefirkiem; musi mieć raczej moc przypominającą odrzut rakiety.
Gdy już zewnętrzna warstwa gwiazdy zostanie uwolniona, jej znacznie skromniejsze warstwy wewnętrzne zapadają się do postaci białego karła. Taka gwiazda jest gorętsza i jaśniejsza niż czerwony olbrzym, z którego pochodzi; rozświetla przy tym i ogrzewa uciekający gaz, aż ten zaczyna świecić sam z siebie, a wówczas my widzimy mgławicę planetarną. Cały proces jest bardzo szybki jak na astronomiczne standardy: zazwyczaj trwa od wieków do tysiącleci.
– Do czasu uruchomienia Kosmicznego Teleskopu Hubble'a w 1990 roku byliśmy przekonani, że jesteśmy na dobrej drodze do zrozumienia tego procesu – mówi Bruce Balick z Uniwersytetu w Waszyngtonie. Następnie wraz z kolegą, Adamem Frankiem z University of Rochester w Nowym Jorku, uczestniczyli w konferencji w Austrii, gdzie zobaczyli pierwsze zdjęcia mgławic planetarnych wykonane przez Teleskop Hubble'a. – Poszliśmy na kawę, zobaczyliśmy zdjęcia i wiedzieliśmy, że wszystko się zmieniło – wspomina Balick. Astronomowie zakładali wcześniej, że czerwone olbrzymy są sferycznie symetryczne, a okrągła gwiazda powinna dawać okrągłą mgławicę planetarną. Jednak Hubble wcale nie pokazywał tego, nawet w przybliżeniu. Stało się oczywiste, że wiele mgławic planetarnych ma egzotyczne struktury osiowo symetryczne. Hubble ujawnił fantastyczne płaty, skrzydła i inne struktury, które nie były okrągłe, ale wykazywały symetrię względem głównej osi mgławicy, jak gdyby zostały wytoczone na kole garncarskim.
Artykuł Balicka i Franka z 2002 roku zamieszczony w Annual Review of Astronomy and Astrophysics przedstawia ówczesną debatę na temat pochodzenia tych struktur. Niektórzy naukowcy sugerowali, że osiowa symetria wynika z tego, jak obraca się czerwony olbrzym lub jak zachowują się jego pola magnetyczne, ale oba te pomysły nie przeszły pewnych fundamentalnych testów. Druga możliwość zakładała, że większość mgławic planetarnych jest tworzona nie przez jedną gwiazdę, ale przez ich parę. Orsola De Marco z Macquarie University w Sydney nazywa to „hipotezą układu podwójnego". W tym scenariuszu druga gwiazda jest znacznie mniejsza i tysiące razy słabsza od czerwonego olbrzyma, i może znajdować się tak daleko od niego, jak Jowisz od Słońca. Pozwoliłoby to na zaburzenia odrzucanych warstw czerwonego olbrzyma, a jednocześnie druga gwiazda pozostawałaby na tyle daleko, że nie zostałaby przez niego połknięta.
Istnieją również inne możliwości, takie jak orbita typu dive-bombing, w której druga gwiazda zbliżałaby się do czerwonego olbrzyma co kilkaset lat, zdzierając z niego poszczególne warstwy. Hipoteza układu podwójnego bardzo dobrze wyjaśnia jednak pierwszy etap metamorfozy umierającej gwiazdy. Gdy towarzyszka odciąga pył i gaz od gwiazdy pierwotnej, nie zostają one natychmiast przez nią wessane, ale tworzą wirujący dysk materiału znany jako dysk akrecyjny, leżący w płaszczyźnie orbitalnej towarzyszki. Ten dysk akrecyjny to nasze koło garncarskie. Jeśli ma on pole magnetyczne, będzie ono wypychać wszelkie naładowane gazy z płaszczyzny dysku w kierunku osi obrotu. Natomiast nawet bez pola magnetycznego materiał w dysku utrudnia przepływ gazu na zewnątrz w płaszczyźnie orbitalnej, więc gaz przybiera strukturę dwuboczną, z szybszym przepływem w kierunku biegunów. I najprawdopodobniej to właśnie zobaczył Hubble, fotografując mgławice planetarne.
Czytaj więcej:
Źródło: Astronomy.com
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Ilustracja: Mgławica Motyl, znajdująca się niecałe 4000 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Skorpiona, jest efektownym przykładem mgławicy planetarnej, końcowego etapu ewolucji stosunkowo małomasywnej gwiazdy. Miękkie skrzydła motyla składają się z gazu i pyłu, które zostały wyrzucone z umierającej gwiazdy i oświetlone od wewnątrz przez jej pozostałe jądro. Symetryczny, podwójny kształt mgławicy jest oznaką, że to właśnie gwiazda-towarzyszka pomogła ukształtować wypływający gaz. Zarówno gwiazda główna, jak i drugi składnik układu są zasłonięte przez pył znajdujący się w centrum mgławicy. Źródło: NASA / ESA / Hubble
