为什么“行星状星云”看起来是这样的？

“行星状星云”是夜空中最美丽的天体。它们薄纱般的气体外壳超凡脱俗、令人回味。它们极其吸引眼球，观众们无需具备任何科学知识就可以被其吸引、为其倾倒。

那么，它们是怎样被创造出来的呢？为什么它们看起来如此的美丽？

首先，我们得告诉你，“行星状星云”这个名字并不准确。其实，它们和行星没有任何关系。但是，当天 学家第一次用早期的望远镜观察它们时，认为它们看起来像是行星。 这样的误称可以追溯到1780年，当时像威廉·赫歇尔（William Herschel）这样的天 学家就是这样描述它们的。

当然，现在我们已经搞清楚了。我们知道，行星状星云实际上是从一颗红巨星的外层大气中喷出的气体层，并被恒星的辐射照亮。不同的颜色来自气体中不同的化学元素。

星云始于质量约为1到8个太阳的恒星。在恒星的聚变寿命接近尾声时，恒星的引力会随着质量的丧失而减弱。这颗恒星会膨胀成一颗红巨星，并开始从其大气层中释放出层层气体进入太空。当这些气体层向外移动时，它们会被隐藏在这些美景中间的恒星的紫外线辐射电离。当气体离开这颗恒星（现在被称为行星状星云核，简称PNN）时，它会照亮气体壳。

行星状星云在天 学上是相对短暂的现象。它们只持续了几万年。我们自己的太阳将遵循这条进化路径，最终成为一颗红巨星，摆脱自己的大气层，形成行星状星云。

上图：行星状星云NGC 2818嵌套在开放星团NGC 2818A内。

在最近举行的美国天 学会第237次会议上，来自罗彻斯特理工学院（RIT）和绿岸射电天 望远镜的科学家们，展示了关于行星状星云如何形成其惊人形状的新研究。他们的工作集中于哈勃拍摄的两个著名的行星状星云：蝴蝶星云（NGC 6302）和宝石虫星云（NGC 7027）。

在2019年和2020年，哈勃用其广角相机3拍摄了这两个星云全色的照片。从近紫外到近红外的发射线图像使天 学家能够详细研究星云。这些全色研究是同类研究中的第一个。这一切都是为了了解星云的形成过程和测试双星驱动星云形成的模型。

罗彻斯特理工学院（RIT）的科学家乔尔·卡斯特纳（Joel Kastner），也是这项工作的研究人员之一。他对这项研究工作解释道：“我们正在剖析它们。我们可以看到濒死的中央恒星如何剥离和粉碎其喷射出的物质。我们现在可以看到，中央恒星丢弃的物质在哪里被电离气体所支配，在哪里又被较冷的尘埃所支配；甚至热气体是如何被电离的，无论是由恒星的紫外线，还是由它现在的疾风引起的碰撞。”

上图：最近，哈勃望远镜被重新安置在被称为“蝴蝶星云”的NGC 6302上，通过从近紫外到近红外的更完整的光谱来观察它，帮助研究人员更好地理解其彩色气体“翅膀”中的工作机制。

根据这项研究，蝴蝶星云（NGC 6302）非常年轻，大约有2000年的历史。星云的一部分甚至更年轻，其所谓的“翅膀”甚至还不到2000年。

研究还揭示了另一个令人惊讶的事实：天 学家认为的中央恒星实际上并不是。这个距离地球更近，而且和蝴蝶星云没有关系。要确定它中心的真正恒星，需要一个像詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）那样的强大望远镜。未来，科学家们希望JWST能做到这一点。

上图：从卡斯特纳的AAS展示的蝴蝶星云的图像。这些黑点和白点就是天 学家认为的中心恒星。但这项新的成像研究表明，这些发现是不正确的。中央的恒星是黄色的。

该研究中的另一个星云是宝石虫星云，简称（NGC 7027）。

上图：左边是由哈勃太空望远镜于2019年拍摄，并于2020年发布的宝石虫星云(NGC 7027)。研究人员进一步分析得出了右边的RGB图像，从两条氢发射线的相对强度推断，尘埃导致的消光为红色；硫发射相对于氢为绿色；铁发射为蓝色。

该团队对宝石虫星云的研究是基于25年的持续监测，这些监测可以追溯到哈勃望远镜早期。保拉·莫拉加·贝兹是参与行星状星云研究的研究人员之一。贝兹表示，宝石虫星云是“与众不同的，因为它不寻常地将圆对称、轴对称和点对称（两极）结构结合在一起。”贝兹解释说：“尽管星云的中心有一颗炙热的恒星，并且显示出高激发态，但它仍然保留着大量的分子气体和尘埃。”

上图：它显示了ngc72027中铁II的发射线。显示了地震发生的地方。这些冲击表明碰撞会产生不同的电离态。这些冲击有助于形成行星状星云的形状。

北方扩展毫米阵列（NOEMA）望远镜也对这项研究做出了贡献。杰西·布利茨是绿岸天 台的博士后研究员，他分析了NOEMA拍摄的NGC 7027图像。他能够识别出分子示踪剂，这些示踪剂显示了X射线和紫外线仍在改变星云的化学性质。 来自多个望远镜在多个波长上的图像组合，显示了NGC 7207中央恒星发出的辐射是如何塑造星云的不同区域。

上图：右边的RGB图像显示了CO+(红色)和HCO+(蓝色)分子的空间分离，分别表示紫外线和X射线过程。更深的光学图像[O III](绿色)提供了电离原子结构和射电分子观测结果的并列。

从天 学的角度来看，行星状星云形成的速度相当快。当红巨星脱落它的层时，它的恒星风帮助把这些层塑造成定义行星状星云的精致形状。然后，当恒星失去它的质量，它成为一个行星状星云核（PNN）。来自PNN的风比来自红巨星的风要快，它撞击从红巨星排出的气体。这些恒星风之间的相互作用，有助于在行星状星云中创造出各种各样的形状。

卡斯特纳表示，他们的研究工作就是“确凿的证据”，证明了这两种风相互作用，形成了这些形状。

理论还表明，行星状星云的形状可以表明一个看不见的双星伴星的祖恒星。虽然这次展示并没有提供伴星存在的确凿证据，但一些图像表明，有一些不为人所知的过程在起作用，可能与双星情况有关。

杰西·布利茨还展示了一张图片，显示了三股不同的射流在塑造星云。“总之，我们有证据表明，这些周期性喷流正在撕裂行星状星云NGC 7207原本相当球形或对称的包层，这表明它在其短暂的生命周期中经历了非常有趣的过程。”

上图：NGC 7207的某些形状是由三股周期性喷流撕裂其外壳形成的。

这项研究中的星云不会持续很久。根据卡斯特纳和他同事们的说法，它们是最年轻、演化最快的两个行星状星云。它们的寿命很短，随着组成它们的气体继续远离中央恒星（最终会变成一颗白矮星）它们会逐渐消散。

这些气体最终将成为星际介质的一部分。通过这种方式，行星状星云在形成下一代恒星的过程中扮演着重要的角色。来自星云的气体有较高的金属丰度，而由这些气体形成的恒星也会有较高的金属丰度。任何围绕这些恒星形成的行星也都会如此。而像地球这样的岩石行星需要金属才能形成。

即使没有这些详细的知识来解释它们，行星状星云依然非常迷人。用天 术语来说，它们只是短暂的气体喷射。在技术 明的转瞬之间，它们就消失了。

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