蝴蝶星云展现闪亮宝石、炽热尘埃与生命组分

研究人员表示，在詹姆斯·韦伯太空望远镜的帮助下，我们对岩石行星原材料如何聚集的理解取得了重大突破。

这种宇宙尘埃——包含与生命起源相关成分的矿物质和有机材料的微小颗粒——在蝴蝶星云NGC 6302的核心区域进行了研究。该星云位于天蝎座，距离地球约3,400光年。

从环绕星云中心隐藏恒星的致密尘埃环面，到其向外喷射的物质流，韦伯的观测揭示了众多新发现，描绘出行星状星云前所未见的动态结构化图景。

这些发现已于8月27日发表于《皇家天文学会月刊》。

大多数宇宙尘埃具有非晶态或无规取向原子结构，类似烟灰。但其中部分尘埃形成了美丽的晶体形态，更似微型宝石。

"多年来，科学家们一直在争论宇宙尘埃如何在太空中形成。如今借助强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们终于可能获得更清晰的认知，"卡迪夫大学首席研究员松浦美香子博士表示。

"我们能在单一星体内同时观测到：在宁静持久区域形成的冰冷宝石，以及在剧烈动荡太空环境中产生的炽热尘粒。

"这项发现对理解行星基础物质的聚集机制具有重大推进作用。"

蝴蝶星云的中心恒星是银河系已知最热的行星状星云中心星之一，温度高达220,000开尔文。

这个炽热的恒星引擎造就了星云的绚丽辉光，但其全部能量可能通过环绕它的致密尘埃气体带——环面——进行传导。

韦伯新数据显示，环面由石英等晶体硅酸盐及不规则尘埃颗粒构成。尘埃颗粒尺寸约百万分之一米——就宇宙尘埃而言已属巨大——表明它们已持续生长了漫长时期。

环面之外，不同原子和分子的辐射呈现分层结构：形成所需能量最高的离子集中于中心附近，而需能较少的离子则分布在远离中心恒星的区域。

铁和镍的分布尤为引人注目，它们标记出从恒星沿相反方向喷发的两股喷流。

值得注意的是，团队还探测到名为多环芳烃（PAHs）的碳基分子发出的辐射。这些分子形成扁平环状结构，类似蜂巢的六边形排列。

在地球上，多环芳烃常见于篝火烟雾、汽车尾气或烤焦的面包中。

根据多环芳烃的分布位置，研究团队推测这些分子是在中心恒星的"气泡"状星风冲破周遭气体时形成的。

这可能是首次在富氧行星状星云中发现多环芳烃形成的证据，为揭示此类分子形成机制提供了重要线索。

NGC 6302是银河系研究最深入的行星状星云之一，此前哈勃太空望远镜曾对其进行成像。

行星状星云是宇宙动物园中最美丽且最难以捕捉的天体之一。当质量在0.8至8倍太阳质量之间的恒星步入生命终点时，它们会抛射出大部分物质形成此类星云。行星状星云阶段转瞬即逝，仅持续约20,000年。

与名称暗示不同，行星状星云与行星毫无关联：命名混淆始于数百年前，当时天文学家报告这些星云呈圆形，状似行星。

尽管许多行星状星云根本非圆形——蝴蝶星云正是展现此类星云奇异形态的典范——这个名称仍被沿用至今。

蝴蝶星云属于双极星云，具有向相反方向延展的两片瓣状结构，构成蝴蝶"翅膀"。一道暗色尘埃气体带则构成了蝴蝶的"躯干"。

该尘埃带实为侧视呈现的甜甜圈形环面，它遮蔽了星云中心恒星——这颗激发星云发光的类太阳恒星古老核心。尘埃环面可能通过阻止气体从恒星均匀向外流动，从而塑造了星云的昆虫形态。

韦伯新图像聚焦蝴蝶星云中心及其尘埃环面，前所未有地揭示了其复杂结构。图像数据来自韦伯中红外仪器（MIRI）以积分视场单元模式采集的信息。

此模式结合相机与摄谱仪同步获取多波长图像，展现天体随波长变化的形态特征。研究团队还使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（强大的射电望远镜网络）数据对韦伯观测进行了补充。

分析韦伯数据的研究人员识别出近200条谱线，每条谱线都蕴含星云内原子和分子的信息。这些谱线揭示了不同化学物质标记出的嵌套式互联结构。

研究团队精确定位了蝴蝶星云中心恒星的位置，该恒星加热了周围先前未被探测到的尘埃云，使其在MIRI敏感的中红外波段发出明亮辉光。

因遮蔽尘埃使其在可见光波段不可见，这颗中心恒星的位置至今难以确定。此前搜寻工作缺乏同时具备红外灵敏度与分辨率的能力，无法识别其遮蔽性的温暖尘埃云。

松浦美香子等人撰写的论文《宇宙尘埃——岩石行星原材料与生命关键成分如何在太空中形成？》已发表于《皇家天文学会月刊》。

韦伯是人类有史以来发射的最大、最强大的太空望远镜。根据国际合作协议，欧洲航天局（ESA）使用阿丽亚娜5号运载火箭提供了发射服务。ESA与合作伙伴共同负责韦伯任务阿丽亚娜5号适配器的开发认证，并通过阿丽亚娜空间公司采购发射服务。ESA还提供了主力摄谱仪NIRSpec及中红外仪器MIRI的50%贡献——MIRI由欧洲国家资助的研究机构联盟（MIRI欧洲联盟）与NASA喷气推进实验室（JPL）及亚利桑那大学合作设计建造。

韦伯望远镜是NASA、ESA和加拿大航天局（CSA）的国际合作项目。