Planetiska nebulosor är ett fascinerande astronomiska fenomen, även om namnet är lite vilseledande. I stället för att bli förknippade med planeter, bildas dessa glödande skal av gas och damm när stjärnor kommer in i de slutliga faserna av deras livslängd och kastar bort sina yttre lager. I många fall är denna process och den efterföljande strukturen på nebulan resultatet av stjärnan som interagerar med en närliggande följeslagare.
Nyligen, medan han undersökt planetnebulan M3-1, konstaterade ett internationellt team av astronomer något ganska intressant. Efter att ha observerat nebulans centrala stjärna, som faktiskt är ett binärt system, märkte de att paret hade en oerhört kort omloppstid - dvs stjärnorna kretsar runt varandra en gång var tredje timme och 5 minuter. Baserat på detta beteende kommer paret troligen att smälta samman och utlösa en novaexplosion.
Teamet, ledat av David Jones från Instituto Astrofisica de Canarias och Universidad de La Laguna, rapporterade sina resultat i Månadsmeddelanden om Royal Astronomical Society: Letters. I teamet ingick andra medlemmar av (IAC) samt European Southern Observatory (ESO), Nicolaus Copernicus Astronomical Center (CAMK), South African Astronomical Observatory (SAAO) och Observatorio Astronómico Nacional (OAN-IGN).
För studiens skull förlitade teamet sig på ESO: s New Technology Telescope (ESO-NTT), beläget vid La Silla-observatoriet i Chile, för att undersöka M3-1 under flera år. Denna planetnebula ligger i konstellationen Canis Major, ungefär 14 000 ljusår från jorden. Under processen upptäckte och studerade teamet de binära stjärnorna i mitten av nebulosan.
Som Brent Miszalski - en forskare vid det södra afrikanska stora teleskopet och medförfattare till studien - indikerade i ett pressmeddelande från Royal Astronomical Society, bekräftade denna upptäckt vad många astronomer redan misstänkte. "Vi visste att M3-1 var tvungen att vara värd för en binär stjärna," sade han, "så vi började förvärva de iakttagelser som krävs för att bevisa detta och för att relatera nebulans egenskaper till utvecklingen av stjärnan eller stjärnorna som bildade den."
Under en längre tid har M3-1 betraktats som en fast kandidat för en binär central stjärna baserad på dess struktur (som har framträdande jetflyg och filament som tyder på binära interaktioner). Men eftersom stjärnorna är så nära varandra kan de inte lösas separat från marken. Som ett resultat har forskare uttalat närvaron av en andra stjärna från variationen i deras kombinerade ljusstyrka.
Den mest uppenbara orsaken till dessa variationer skulle vara hur stjärnorna periodvis förmörker varandra, vilket skulle ge ett markant ljusfall. Som Henri Boffin - en ESO-forskare i Tyskland - förklarade:
”När vi började observationerna var det omedelbart tydligt att systemet var ett binärt. Vi såg att den uppenbarligen enstaka stjärnan i mitten av nebulan snabbt förändrades i ljusstyrka, och vi visste att detta måste bero på närvaron av en följeslagare. "
Teamet blev dock förvånat över att upptäcka att paret hade en av de kortaste omloppsperioderna (3 timmar och 5 minuter) av några binära stjärnor hittills upptäckta i en nebulosa. De drog vidare slutsatsen att stjärnorna är så nära att de praktiskt taget rör. Som ett resultat kommer de båda sannolikt att genomgå ett novautbrott i framtiden, där material överförs från en stjärna till en annan, vilket skapar en kritisk massa som utlöser en våldsam termonukleär explosion.
Som Paulina Sowicka, en doktorand vid Nicolas Copernicus astronomiska centrum i Polen, angav:
”Efter de olika observationskampanjerna i Chile hade vi tillräckligt med data för att börja förstå egenskaperna hos de två stjärnorna - deras massor, temperaturer och radier. Det var en verklig överraskning att de två stjärnorna var så nära varandra och så stora att de nästan rörde varandra. En novaexplosion skulle kunna äga rum på bara några tusen år från och med nu. ”
När de två stjärnorna slås samman och utlöser en novaexplosion kommer systemet att öka ljusstyrkan med upp till en miljon gånger, vilket kommer att göra den omgivande nebulosan betydligt ljusare och skapa en otrolig ljusshow. Dessutom är detekteringen av det här binära paret inte i överensstämmelse med konventionellt tänkande om hur binära stjärnor utvecklas inom en planetnebulosa.
Tidigare hade astronomer arbetat under antagandet att binära stjärnor är väl separerade efter bildandet av en planetnebulosa. I grunden trodde man att det inte skulle vara förrän nebulosens gaser expanderade och försvann (till den punkten att det inte längre var synligt) att ett binärt par kunde börja interagera igen, vilket ledde till en sammanslagning och en novaexplosion.
Men med den senaste observationen kan den teorin komma att utmanas. Denna studie förstärks också av en liknande novaexplosion (känd som Nova Vul 2007) som observerades inuti en planetnebula 2007. Som Jone förklarade:
”Händelsen 2007 var särskilt svår att förklara. När de två stjärnorna är tillräckligt nära för en nova borde materialet i planetnebulan ha expanderat och spridit sig så mycket att det inte längre är synligt. I de centrala stjärnorna i M3-1 har vi hittat en annan kandidat för ett liknande novautbrott under en relativt nära framtid. "
Framöver hoppas teamet att genomföra ytterligare studier av M3-1 och andra nebulor som det. Dessa observationer kan ge astronomer större insikt i de fysiska processerna och ursprunget till några av de mest kraftfulla fenomenen i universum. Dessa inkluderar kataklysmiska variabler (där en stjärna sifonerar material från en annan) novéer, och kanske till och med supernovaer.
