2014.06.20. - Víz születik a planetáris ködökben is

Az ESA Herschel-űrtávcsövének adatai alapján a vízmolekula keletkezéséhez fontos összetevőt azonosítottak két jól ismert, a Naphoz hasonló csillagok által létrehozott planetáris ködben.

A Naphoz hasonló kis és közepes tömegű csillagok életük vége felé közeledve nagy sűrűségű fehér törpékké alakulnak. A folyamat során külső por- és gázrétegeiket ledobják magukról a környező űrbe, esetenként érdekes, meglepő alakú planetáris ködöket létrehozva. A nagy tömegű csillagok pályafutásának végét jelző, sokkal nagyobb energiájú szupernóva-robbanásokhoz hasonlóan ilyen módon tehát a kisebb tömegűek is "beszennyezik" különböző kémiai elemekkel azt az intersztelláris közeget, amelyből a csillagok következő generációi alakulnak majd ki. Jelentős különbség azonban, hogy amíg a szupernóva-robbanások során nehezebb elemek is létrejönnek és kerülnek ki a csillagközi térbe, a planetáris ködök csak azokat a könnyebb elemeket tartalmazzák, amelyek a szülőcsillag élete során a belsejében zajló fúziós folyamatok eredményeként keletkeztek. Ilyenek például a szén, a nitrogén és az oxigén, amik viszont alapvető alkotóelemei az élet szempontjából fontos molekuláknak.

A Naphoz hasonló csillagok évmilliárdokon keresztül folyamatosan és stabilan égetik a hidrogént a magjukban. Ha azonban az kezd kifogyni, drámai változások indulnak be: a csillag instabil vörös óriássá fúvódik fel, a külső rétegeit pedig leveti magáról. A ledobódott anyagból jön létre az egyre ritkuló planetáris köd, a csillag magja pedig forró fehér törpévé alakul, ami gyilkos ultraibolya sugárzással bombázza a környezetét. Az intenzív és nagy energiájú sugárzás szétrombolhatja azokat a molekulákat a fehér törpe körül, amelyek a ledobódott anyagban korábban szintetizálódtak és a planetáris köd szélein megfigyelhető gyűrűkbe és csomósodásokba koncentrálódnak, illetve akadályozhatja is, hogy létrejöjjenek ezekben a régiókban. Most azonban a Herschel-űrteleszkóp adatain alapuló két külön vizsgálatban is a víz kialakulásához nagyon fontos molekulát azonosítottak ezeken a barátságtalan területeken, sőt, úgy tűnik, hogy a képződésükhöz szükség is van az itt uralkodó feltételekre. A szóban forgó molekula az OH+, azaz az egy oxigén- és egy hidrogénatomból álló, egyszeres pozitív töltésű ion.

Az egyik, Isabel Aleman (University of Leiden) által vezetett kutatásban 11 planetáris ködöt vizsgáltak meg, közülük háromban sikerült kimutatni az OH+ jelenlétét. Mind a három köd esetében a központi csillag hőmérséklete meghaladta a 100 ezer fokot. Aleman szerint a molekula kialakulása szempontjából kulcsfontosságú az intenzív ultraibolya és röntgensugárzás által megvilágított sűrű por- és gázcsomók létezése a planetáris ködök külső régióiban, melyekben a sugárzás elősegítheti a képződésüket.

A Hubble-űrtávcső optikai felvétele a Gyűrűs-ködről. Az ábra alsó részén a Herschel-űrteleszkóp SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) és PACS (Photoconductor Array Camera and Spectrometer) műszereivel a téglalappal megjelölt terület 51 és 672 mikrométer közötti hullámhosszúságú sugárzása alapján rögzített színképek láthatók. A spektrumokban jól megfigyelhetők az OH+ molekula emissziós vonalai.
[NASA/ESA/C.R. O'Dell (Vanderbilt University); ESA/Herschel/PACS & SPIRE/HerPlaNS survey/I. Aleman et al.]

Egy másik vizsgálat, melyet Mireya Etxaluze (Instituto de Ciencia de los Materiales de Madrid) vezetett, a Helix-ködre koncentrált, ami a Naphoz egyik legközelebbi, mindössze 700 fényévre található planetáris köd. Központi csillagának tömege a Napénak körülbelül fele, a felszíni hőmérséklete azonban meghaladja a 120 ezer fokot. A csillag által ledobott burok, ami az optikai tartományban egy emberi szemre emlékeztet, sok fajta molekulát tartalmaz.

Etxaluze és munkatársai a Herschel segítségével az egész ködöt feltérképezték az OH+ molekula után kutatva. Azt találták, hogy az ott fordul elő a legnagyobb mennyiségben, ahol a csillag által korábban kidobott CO molekulákat legnagyobb valószínűséggel rombolja szét az ultraibolya sugárzás. Ez pedig azért fontos, mert ha az oxigénatomok kiszabadulnak a CO molekulákból, akkor a hidrogénnel együtt már részt vehetnek az OH molekulák létrehozásában.

A kompozit kép a Helix-ködöt mutatja, háttérben a Hubble-űrteleszkóp optikai, előtérben pedig a Herschel-űrtávcső SPIRE műszerének 250 mikrométeres hullámhosszon rögzített felvételével. Az ábra alsó részén látható színkép a téglalappal jelölt területről készült, és egyértelműen mutatja a planetáris köd külső régióiban található csomósodások CO és OH+ emisszióját.
[NASA/ESA/C.R. O'Dell (Vanderbilt University); ESA/Herschel/SPIRE/MESS Consortium/M. Etxaluze et al.]

A két tanulmány tehát először azonosította a vízmolekula létrejöttéhez kritikus fontosságú OH molekulát planetáris ködökben, további kutatások szükségesek azonban annak eldöntéséhez, hogy a feltételek valójában a víz kialakulását is megengedik-e. Etxaluze szerint a Helix-köd viszonylagos közelsége révén kitűnő terepe lehet az ilyen típusú vizsgálatoknak. A Herschel egyik kutatója, Göran Pilbratt szerint az űrtávcső szinte az egész univerzumot átvizsgálta víz után kutatva, a csillagkeletkezési régióktól kezdve a Naprendszer kisbolygóövéig. Most az is kiderült, hogy a Naphoz hasonló csillagok - igaz, csak végső agóniájukban - szintén hozzájárulhatnak a világegyetem vízkészletének létrejöttéhez.

Az eredményeket részletező szakcikkek az Astronomy & Astrophysics c. folyóiratban jelentek meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2014.06.18.