Saturnus är en ikon. Det finns inget annat liknande i solsystemet, och det är något som även barn känner igen. Men det finns ett avlägset objekt som astronomer kallar Saturnusnebulan, eftersom det på avstånd liknar planeten med sin uttalade ringform.
Saturnivån har inget samband med planeten, utom i form. Det är ungefär fem tusen ljusår bort, så i ett litet teleskop i trädgården liknar det planeten. Men när astronomer tränar stora teleskop på det, faller illusionen isär.
Forskare vid Spaniens Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) var en del av en ny studie av Saturnivån. Deras uppsats, kallad ”En bildspektroskopisk undersökning av planetnebulan NGC 7009 med MUSE” publicerades i tidskriften Astronomy and Astrophysics. Det är den första detaljerade studien av en galaktisk planetnebula med MUSE (Multi-Unit Spectral Explorer) integrerad fältspektrograf på ESO: s Very Large Telescope (VLT). Studiens huvudförfattare är Jeremy Walsh, forskare vid European Southern Observatory (ESO), VLT: s hem.
Saturnivån är en planetnebulosa, ett olyckligt namn för denna typ av objekt. Planetnebulan har inget att göra med planeter och allt med stjärnor att göra. En planetarisk nebula är faktiskt en fantastisk rest: ett ljust, glänsande lik som finns kvar efter att en stjärna har slut på bränsle och dör. Det som finns kvar är en intrikad struktur av moln med olika temperaturgaser, upplysta av en vit dvärg i mitten.
De kallades planetens nebula när de först sågs genom teleskop, för på avstånd ser de ut som gasjättarna i vårt eget solsystem. Tyvärr har namnet fastnat, vilket förvirrar den astro-nyfikna sedan dess.
Saturnivån eller NGC 7009 som den är känd är en av de mest komplexa planetnebulorna där ute, och den komplexiteten gör den till ett spännande studieobjekt för astronomer och astrofysiker. Varför skulle det inte vara det? Titta bara på det.
Denna nya studie är första gången MUSE-instrumentet på VLT har använts för att studera en galaktisk planetnebulosa. Astronomer involverade i studien säger att MUSE har avslöjat oväntad komplexitet i Saturnivån.
Själva nebulosan består av gas och damm som utvisas av en röd jätte- stjärna i slutet av sitt liv, upplyst av den överblivna vita dvärgen i centrum. Astronomer vet detta eftersom de kan se hela processen som spelas ut i andra stjärnor över himlen i olika livsfaser. Men vad de inte vet är detaljerna i historien om en planetnebulosformation. Och de tycker inte om att inte veta.
MUSE-instrumentet på VLT är perfekt för sådant arbete.
MUSE har den kraftfulla förmågan att känna ljusets intensitet som en funktion av dess färg, eller våglängd, i var och en av pixlarna i bilderna. I en enda bild kan MUSE erhålla 900 000 spektra av små fläckar av himlen. Det kan fånga bilder av föremål som planetnebulan i tre dimensioner, och astronomer använde all denna information för att avslöja oväntad komplexitet i Saturnivån. Vad de hittade var en serie strukturer, förknippade med olika atomer och joner.
"Studien avslöjade att dessa strukturer representerar verkliga skillnader i egenskaper inom nebulosan, såsom högre och lägre densitet, samt högre och lägre temperaturer," förklarar Jeremy Walsh, forskare vid European Southern Observatory (ESO) och första författare till studie. Walsh rapporterar att en av implikationerna är att "historiska - och enklare - studier baserade på det morfologiska utseendet på planetnebulor tycks signalera viktiga länkar till de underliggande förhållandena i gasen."
Med hjälp av kraften från MUSE-instrumentet och VLT avslöjade teamet bakom studien data som visar att gasen inuti denna nebulosa inte alls är enhetlig. Deras papper kartlägger underformationer av gas och damm inom nebulan med fyra temperaturer och tre tätheter.
Ana Monreal Ibero, andra författare till artikeln och forskare vid IAC, kommenterade närvaron och distribution av väte och helium i Saturnivån. Väte och helium är de två mest rikliga elementen i universum, och deras egenskaper i nebulosan är avgörande för att förstå objektets bildning och döden av den röda jätten som skapade det.
När det gäller väte, sade Ibero: ”Närvaron av damm i en nebula kunde också härledas från förändringen i färg mellan olika vätgasutsläpp, vars förväntade färg kan bestämmas av atomteorin. Vårt team fann att fördelningen av damm i nebulosan inte är enhetlig, men visar en droppe vid kanten av det inre gasskalet. Detta resultat tyder på skarpa förändringar i utstötningen av damm under de sista dödsskalorna i solstjärnan eller, alternativt, till lokal dammbildning och förstörelse. ”
När det gäller helium säger nuvarande nebulateori att dess distribution i en planetnebulosa bör vara enhetlig. För att testa detta använde författarna MUSE-data för att kartlägga helium i Saturnivån. De fann variationer som följde skalmorfologin hos nebulosan. "Detta innebär att nuvarande metoder för att bestämma helium behöver förbättras, eller att antagandet att överflödet är enhetligt bör förkastas." säger Monreal Ibero.
Planetnebulan är fascinerande föremål. Deras, lysande, spöklika slöjor av gas och damm är oemotståndliga för ögat. Detta är första gången som MUSE har använts för att studera en planetnebulosa, och även om objektets skönhet är lite fascinerande, är det den underliggande vetenskapen som intriger astronomer och astrofysiker.
Författarna till uppsatsen medger att de endast presenterar en begränsad analys i vissa avseenden. Men deras arbete visar att MUSE-instrumentet är fullt av potential. Som de säger i slutet av sitt papper, "Observationerna visar det enorma potentialen för detta instrument för att främja optiska spektroskopiska studier av utsträckta emissioner.
- IAC: s pressmeddelande: "Saturnivån avslöjar dess komplexitet"
- ESO: s pressmeddelande: "Strange Structures of the Saturn Nebula"
- Forskningsdokument: En bildspektroskopisk undersökning av planetnebulan NGC 7009 med MUSE
- Wikipedia-ingång: Saturnivå
- ESO-webbsida: MUSE Multi Unit Spectroscopic Explorer
