Astronomowie rozwiązali zagadkę płaskiego Diamentowego Pierścienia – struktury gazu w Cygnus X, która wbrew pozorom nie jest typową kosmiczną bańką. Okazało się, że ten piękny obiekt jest pękniętym pęcherzem gazowym, ukształtowanym przez potężną, masywną gwiazdę.
W ogromnym regionie gwiazdotwórczym Cygnus X znajduje się spektakularny pierścień gazu i pyłu, który mocno świeci w zakresie podczerwieni. Z powodu swojej budowy, przypominającej obrączkę z lśniącym klejnotem, zyskał on poetycką nazwę Diamentowego Pierścienia. Obiekt ten od dawna intrygował naukowców, ponieważ jego rozmiary są imponujące – ma on aż 20 lat świetlnych średnicy – a jego płaski, pierścieniowy kształt odbiega od tego, co zazwyczaj obserwuje się w kosmosie.
Zagadka spłaszczonej bańki
Wiele struktur tego typu to w rzeczywistości kosmiczne pęcherze, powstające pod wpływem intensywnego promieniowania i wiatru emitowanego przez masywne, gorące gwiazdy. Gazy wewnątrz takich baniek są jonizowane, a bańki te zwykle rozszerzają się sferycznie, tworząc niemal idealnie okrągłe powłoki.
Dlaczego zatem Diamentowy Pierścień jest tak wyjątkowo płaski i rozszerza się zaskakująco wolno, bo z prędkością zaledwie 1,3 kilometra na sekundę (około 4700 km/h)?
Międzynarodowy zespół, kierowany przez Simona Dannhauera z Instytutu Astrofizyki Uniwersytetu w Kolonii, postanowił rozwiązać tę zagadkę, łącząc szczegółowe obserwacje z zaawansowanymi symulacjami komputerowymi.
Sekret pęknięcia
Kluczem do zrozumienia kształtu Pierścienia okazało się ustalenie, że jest to zaawansowane stadium ewolucji takiego kosmicznego pęcherza.
Pęcherz został napompowany przez gorącą gwiazdę o masie około 16 razy większej niż masa naszego Słońca. Symulacje komputerowe, przeprowadzone na superkomputerze RAMSES, pokazały, że początkowo pęcherz rozszerzał się we wszystkich kierunkach, tak jak oczekiwano.
Jednak otaczający obłok molekularny, w którym się znajdował, miał płaską strukturę. W pewnym momencie, gdy ciśnienie wewnątrz pęcherza stało się zbyt duże, gazy zaczęły uciekać (innymi słowy, pęcherz „pękł”) w kierunku najmniejszego oporu – prostopadle do płaskiego obłoku. To sprawiło, że gazy po prostu „uciekły” w rzadsze obszary przestrzeni, a wszystko, co pozostało, to charakterystyczna, płaska struktura pierścieniowa, którą dziś obserwujemy.
Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy końcowy etap ewolucji takiego pęcherza gazu w wyraźnie płaskiej strukturze obłoku – wyjaśnił Simon Dannhauer, kierownik badania.
Technologia w służbie astronomii
Kluczowe dane obserwacyjne, które pozwoliły na precyzyjne pomiary ruchu gazu i potwierdzenie modelu, zostały zebrane przy użyciu SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) – zmodyfikowanego samolotu Boeing 747, który lata na wysokości 13 kilometrów. Jest to latające obserwatorium, umożliwiające badanie długości fal niedostępnych z powierzchni Ziemi.
Badania te mają ogromne znaczenie dla astrofizyki. Procesy formowania się gwiazd są silnie zależne od tego, jak promieniowanie i wiatr młodych, masywnych gwiazd wpływają na ich otoczenie, kształtując obłoki gazu i pyłu. Diamentowy Pierścień jest doskonałym przykładem, jak pojedyncza gwiazda może mieć kolosalny wpływ na całe kompleksy obłoków.
Romantyka kontra nauka
Dla wszystkich miłośników kosmicznej romantyki badacze mają małe rozczarowanie. Choć z Ziemi wygląda to jak pierścień z diamentem, analiza pokazała, że to, co bierzemy za lśniący diament (gromada młodych gwiazd), w rzeczywistości nie jest częścią samego pierścienia. Znajduje się ono kilkaset lat świetlnych przed nim, będąc jedynie przypadkowym złudzeniem optycznym na niebie.
Niemniej jednak, Diamentowy Pierścień pozostaje jednym z najbardziej fascynujących, a teraz już zrozumiałych, reliktów wczesnej ewolucji gwiazd.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- A sparkling ‘Diamond Ring’ in space: Astronomers in Cologne unravel the mystery of a cosmic ring
- The Diamond Ring in Cygnus X: Advanced stage of an expanding bubble of ionised carbon
Źródło: Uniwersytet w Kolonii
Na ilustracji: Fragment mgławicy "Diamentowy Pierścień" (Diamond Ring), znajdującej się w olbrzymim rejonie formowania się gwiazd Cygnus X. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA
