奇特的双星周围闪耀着温暖尘埃的星环

我正坐在家里回复电子邮件，这时我收到朋友惠特尼的消息。她负责 NASA 红外望远镜斯皮策（Spitzer）和 WISE 的新闻和推广工作。她声称，有一张新的 WISE 图像可能很有趣。好吧，我想，点击链接；WISE 的图像通常有点奇怪——天体在远红外线下的样子与我习惯的非常不同——但即使那样，当图像出现在我的浏览器上时，我也被一股强烈的“我靠！”的感觉所震撼。

哇。真是太震撼了！* 那到底是什么东西？

如果你第一眼看到它，可能会觉得它是《2001：太空漫游》里的空间站。但事实上，它是一个更遥远的东西：它是 NGC 1514，一个距离我们约 700 光年的垂死恒星系统周围的气体和尘埃。我对这类天体有些了解，因为我曾为我的硕士学位研究过一个，为我的博士学位研究过一个类似的。但行星状星云（planetary nebulae）是如此多样和奇特，以至于理解一个，甚至几个，并不总能帮助理解所有。而这个尤其**非常**奇特。那些星环，虽然很美，但却很难解释。好吧，这里是极其简略的介绍：当像太阳一样的恒星老化并开始死亡时，它会膨胀并冷却，变成一颗红巨星。它会吹出一种浓密、缓慢的恒星风，就像它现在发出的太阳风一样，但要厚得多。在几十万年的过程中，它实际上可以脱落很多质量。当它这样做时，它会暴露出它炽热的核心。恒星风加速并变得更稀薄。这种更快的恒星风撞击旧的、较慢的恒星风，碰撞可以塑造出各种奇特而美妙的形状。旧恒星炽热的核心像霓虹灯一样照亮这些气体，你就得到了一个行星状星云（或 PN；复数是 planetary nebulae，或 PNe）。

我喜欢行星状星云，因为它们真的很漂亮。左边显示的是（点击放大；你应该放大，这是一张美丽的图片，请注意，我翻转并旋转了这张图以匹配 WISE 的图像）NGC 1514 在可见光下的样子；注意它与 WISE 远红外视图相比有多么不同。在可见光下，行星状星云因氧原子荧光而发出幽灵般的绿色光芒。你在这里看到的是内部的物质层，来自垂死恒星的炽热快速恒星风。整体形状大致是圆形的，但其中有一些特征，比如底部的小环，以及物质中出现的空腔，或者尘埃阻碍我们视线的地方。但在红外线中，这种景象发生了巨大变化——尽管不是完全变化。请注意，WISE 的分辨率不如拍摄上图的地面望远镜，但即使如此，你仍然可以看到一些相同的特征（我在下面放了 WISE 图像的特写）。WISE 图像中模糊的绿色物质大致与可见光图像中的物质相当（绿色是巧合；WISE 图像是假彩色，因为它远远超出了我们肉眼能检测的范围）。

但是那些橙色的星环！那是什么情况？快速的答案是：没人知道。像这样的星环真的很难解释，主要是因为涉及的物理学非常复杂。更糟糕的是，中心恒星实际上是一个双星系统；两颗恒星相互绕转。一颗是死恒星炽热、致密的核心，另一颗是一颗较冷、也接近生命尽头的巨星。两颗恒星的轨道周期只有几天，这意味着它们速度非常快。这给系统增加了角动量，让本已困难的局面变得更加离奇。气体超音速流动，撞击已经存在的غاز 墙，情况非常混乱。但有些事情我们可以知道。首先，这些星环的直径大约是 0.6 光年——即 6 万亿公里（3.6 万亿英里）。这个数字不精确，因为距离并不为人所知；天文学家通常使用的距离测定方法对行星状星云并不可靠，但 700 光年是一个不错的估计。星环非常接近，相隔约 0.15 光年（1.5 万亿公里，9000 亿英里）。我们在不少行星状星云中都看到过星环（NGC 3132 是另一个很好的例子，超新星 1987A 周围的奇特结构也是），但它们之间的距离通常与其直径大致相等。显然，这里有些奇怪的事情正在发生。如果我们假设星环实际上是倾斜角度看到的圆形环（这是一个相当可靠的假设），那么我们可以测量出星云的轴线与我们的视线倾斜约 60°（换句话说，如果再倾斜 30°，我们将沿着其赤道看到它，星环看起来就像两条平行线）。

事实上，奇怪的是，上面那张空间站的图片 pretty closely 模拟了这座星云在天空中的样子！从我们的视角看，你可以看到环如何与空间站重叠？NGC 1514 也发生着同样的事情。它倾斜得足够多，以至于星环相互叠加。左边的星环比右边的星环更靠近我们——我旋转了空间站的图像以匹配几何形状。另一种思考方式是，星云倾斜到我们看到的是它的底部在左边，就像图片中的罐头。我知道，我在解释科学方面不遗余力！星环的星环实际上不是橙色的；又是假彩色图像。但那种颜色表明它们的温度约为 160K，以人类标准来说是冷的（约 -110° C 或 -170° F），但天文学家会称之为深空天体的“温暖”。我们看到的几乎肯定是恒星喷出的尘埃。但为什么是环状？发现 WISE 数据中这个天体的天文学家迈克尔·雷斯勒（Michael Ressler）发表了一篇关于它的论文，但即使在他和他的团队进行了所有分析之后，星环存在的原因仍然不清楚。仅仅是中心恒星喷出了一个巨大的尘埃云，而我们正在看到它撞击旧红巨星的气体吗？或者裸露的恒星核心正在发出物质和能量束，撞击气体，照亮它们？当然，事实上存在两个紧密轨道的恒星肯定与此有关，但具体是什么呢？没人知道。我昨晚和雷斯勒博士聊了这件事，我们都表示需要使用哈勃望远镜（Hubble）（也许还有 JWST，即几年后将取代哈勃的红外望远镜）进行高分辨率、更深入的观测。当我们说“表示需要”时，我们的意思是，我们都对着拥有这样的数据发出了一种渴望的叹息。行星状星云非常酷，异常美丽，而且非常神秘。我们对它们的大部分基本物理学都很好地理解，但当你深入细节时，事情会**迅速**变得困难。行星状星云告诉我们，在很多方面我们对宇宙的理解都相当不错，但你越仔细观察，事情就越复杂。这并不令人意外，但它再次肯定了科学最基本的一个现实：你理解得越多，就越有**东西**需要理解。在我喜欢科学的许多事物清单中，这一点排在前面。*图像来源：红外图像：WISE；可见光：Adam Block/NOAO/AURA/NSF*

*^* 我告诉过你了。