蝴蝶星云揭示出璀璨的宝石、炽热的尘埃以及生命成分

研究人员表示，借助詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们在理解岩质行星原材料如何聚集方面取得了重大突破。

科学家们在蝴蝶星云（NGC 6302）的核心区域研究了这种宇宙尘埃——这些包含生命起源相关成分的矿物和有机物质微小颗粒，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，到其向外喷流的喷射流，韦伯的观测揭示了诸多新发现，描绘出行星状星云前所未见的动态结构化图景。

相关研究成果已于8月27日发表于《皇家天文学会月刊》。

大多数宇宙尘埃具有类似烟灰的无定形（原子随机排列）结构，但部分尘埃会形成美丽的晶体结构，更似微型宝石。

"多年来，科学家们一直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，我们可能终于获得了更清晰的答案，"卡迪夫大学首席研究员松浦美香子博士表示。

"我们在单一星云中同时观测到：在平静、持久区域形成的低温宝石，以及在剧烈、高速运动太空区域产生的炽热尘粒。

"这一发现对理解行星基础材料的聚集机制具有重大推进意义。"

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

这颗炽热的恒星引擎造就了星云的绚丽辉光，但其全部能量可能被环绕恒星的致密尘埃气体带——即环面——所导流。

韦伯新数据显示，该环面由石英等结晶硅酸盐及不规则形状的尘粒组成。这些尘粒尺寸约百万分之一米（按宇宙尘埃标准属较大颗粒），表明其已持续生长很长时间。

在环面外部，不同原子和分子的辐射呈现出分层结构：形成所需能量最高的离子集中在中心附近，而需能较少的离子则分布在远离中央恒星的区域。

铁和镍的分布尤为引人关注，它们勾勒出从恒星向相反方向喷发的成对喷射流。

值得注意的是，团队还探测到多环芳烃（PAHs）这类碳基分子发出的光。它们形成类似蜂巢的扁平环状结构。

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。

根据多环芳烃的位置，研究团队推测这些分子是在中央恒星的"气泡"状星风冲破外围气体时形成的。

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，为了解这些分子的形成机制提供了重要线索。

NGC 6302是银河系中被研究最深入的行星状星云之一，此前哈勃太空望远镜也曾拍摄其图像。

行星状星云是宇宙动物园中最美丽也最难以捉摸的天体之一。当质量在0.8至8倍太阳之间的恒星走到生命尽头时，会抛出大部分质量形成这类星云。行星状星云阶段转瞬即逝，仅持续约20,000年。

尽管名称相似，行星状星云与行星毫无关联：命名的混淆始于数百年前，当时天文学家报告称这些星云呈圆形，形似行星。

这个名称被沿用至今，尽管许多行星状星云根本不呈圆形——蝴蝶星云正是这类星云形成奇幻形状的典型范例。

蝴蝶星云属于双极星云，具有向相反方向延展的两个裂瓣，构成蝴蝶的"翅膀"。一道尘埃气体形成的暗带则构成了蝴蝶的"躯干"。

这条暗带实际是从侧面观测到的甜甜圈状环面，它遮蔽了星云中央的恒星——一颗类太阳恒星的古老核心，其能量激发星云发光。尘埃形成的"甜甜圈"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状形态。

韦伯新图像聚焦于蝴蝶星云中心及其尘埃环面，以前所未有的精度揭示了其复杂结构。该图像采用韦伯中红外仪器（MIRI）积分视场单元模式采集的数据。

该模式将相机与光谱仪结合，可同步获取多波长图像，揭示天体外观随波长的变化。研究团队使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（强大的射电天线网络）的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条光谱线，每条谱线都承载着星云中原子和分子的信息。这些谱线揭示了不同化学物质形成的嵌套式互连结构。

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

由于遮蔽尘埃使其在可见光波段不可见，该星云中央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技术手段来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——岩质行星的原材料与生命关键成分如何在太空中形成？》已在《皇家天文学会月刊》发表。

韦伯是人类有史以来发射到太空的最大、最强大的望远镜。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所需的阿丽亚娜5号改装研发与认证，并通过阿丽安航天公司采购发射服务。ESA还提供了主力光谱仪NIRSpec及中红外仪器MIRI的50%份额，MIRI由欧洲国家资助的研究机构联盟（MIRI欧洲联盟）与美国喷气推进实验室（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。