科学家通过詹姆斯·韦伯望远镜捕捉到的星云中发现了隐藏的结构

南环星云，一个位于船帆座的宏伟天体，以其波澜壮阔的形态和神秘的内在结构吸引着天文学家的目光。这个距离我们约2000光年的行星状星云，并非与行星有任何联系，而是一颗类太阳恒星生命末期的绚烂绽放。在它的心脏深处，科学家们通过最新的观测数据揭示了一个惊人的秘密——一个可能包含三颗恒星的系统。

为了深入探索星云的分子气体成分，由罗切斯特理工学院的乔尔·卡斯特纳教授领导的科研团队，利用位于夏威夷莫纳克亚休眠火山上的亚毫米波阵列（SMA）进行了细致的观测。SMA由八个射电望远镜组成，它们协同工作，能够探测到星云内部的一氧化碳气体。一氧化碳与氢和其他分子气体混合存在，因此，通过观测一氧化碳，科学家们可以间接了解星云中其他难以直接观测的分子气体。

SMA的观测结果不仅揭示了一氧化碳分子的分布，还测量了它们的速度，从而揭示了星云内部不同区域的动态变化——哪些区域的气体正在向我们移动，哪些正在远离。这些数据为科学家们提供了宝贵的线索，帮助他们构建起南环星云的三维动态模型，根据这个模型的数据，科学家们提出了一个三恒星系统的假设，而且其中最重的恒星可能已经走到了生命的尽头，其他恒星或许因为距离过近或光线过弱，难以被分辨。

卡斯特纳在新闻发布会上说：“JWST向我们展示了氢分子以及它们在天空中的堆叠方式，而亚毫米波阵列向我们展示了在JWST图像中看不见的更冷的一氧化碳，”

正如南环星云的名字所示，它主要是（从我们的视角看）呈环状形状。SMA的观测显示，这个环正在扩张，这是意料之中的，因为星云在最终消散之前会慢慢增长。然而，数据还允许卡斯特纳的团队创建了星云分子骨架的三维地图。这带来了一个惊喜。研究人员不仅能够展示我们所见的环只是一个双极星云的叶瓣，从端部看，而且他们还发现了一个与第一个垂直的第二个环。“当我们开始在3D中转动整个星云时，我们立即看到它确实是一个环，然后我们惊讶地看到还有另一个环，”卡斯特纳说。

整个奇特的排列描绘了一个迷人的故事，不是一颗，甚至不是两颗，而是很可能三颗恒星位于星云的核心。如果这三颗恒星真的存在，其中最重的一颗将已经走到了生命的尽头——但这个恒星三重奏很可能要么彼此太近，要么太微弱，即使通过JWST也无法单独分辨。越来越多的证据表明，一些行星状星云，至少是那些具有复杂结构的星云，是由中心垂死恒星的伴星干扰形成的。对于南环星云，卡斯特纳的团队提出，一个由紧密双星组成的三重系统被一个更遥远的第三颗恒星所环绕，其轨道半径为60天文单位的双星（一个天文单位，AU，是地球和太阳之间的距离，在我们的太阳系中60 AU将位于柯伊伯带的远端）。

南环星云的两个叶瓣有一个狭窄的或“收缩的”腰围，像一个沙漏，这是从双星系统发出的行星状星云的常见特征，其中一个恒星正在结束其生命。双星伴星能够将垂死恒星脱落的物质引导到沿着极地而非赤道方向逃逸，形成两个叶瓣。JWST的中红外观测支持这一假设，发现来自中心恒星系统的红外光过量，这是由红巨星和紧密双星伴星之间的相互作用形成的尘埃盘的经典标志。

那么，这就解释了第一个环的起源。团队表示，第二个环的起源则不那么确定。

尽管南环星云看起来是双叶状，但一些物质必须以大致球形或椭圆形的包层形式被排放出来，这是由红巨星抛出的物质，这可能是其最后一次快速的质量损失事件，留下了白矮星。双星系统产生了一系列快速、狭窄的喷射流，但如果存在第三颗恒星，那么这颗额外恒星的引力将作用于内部双星，导致喷射流的方向“摆动”，就像一个旋转的陀螺。这些进动的喷射流将在星云的椭圆形组成部分中雕刻出一个圆形空洞，从而创造出第二个环。

卡斯特纳强调，这种解释仍然是推测性的，但星云的中心电离腔在其结构中确实承载了这种喷射流的证据。

其他环状的行星状星云，如螺旋星云（水瓶座的NGC 7293），也已被证明具有双叶结构，我们正在“向下”看一个叶瓣的末端。在南环星云中发现第二个环——或者现在应该是复数的“环”？——正在促使天文学家重新审视其他一些众所周知的环状星云，看看他们是否也错过了它们的第二个环。

行星状星云不仅仅标志着恒星的死亡。它们也承载着新生命的希望——从字面上看。

“宇宙中的碳、氧和氮来自哪里？”卡斯特纳想知道。“我们看到它们是在垂死的类似太阳的恒星中产生的，就像刚刚死去并创造了南环的那颗恒星。”当一个膨胀的行星状星云散布到星际空间时，它将这些分子散布到宇宙中，它们最终会进入形成下一代恒星和行星的巨大分子云中。

“很多这种分子气体最终会进入行星大气层，大气层可以支持生命，”卡斯特纳说。事实上，地球上所有比氢和氦重的元素都起源于恒星内部，当这些恒星死亡时被喷射到太空中。

我们确实是星尘，正如许多专家所喜欢的那样说。

所以，当我们对南环等星云中恒星死亡的美丽感到惊叹时，我们也可以想象它作为一个恒星凤凰，有一天将从灰烬中崛起，重新开始恒星诞生和死亡的循环。用《太空堡垒卡拉狄加》的话来说，所有这一切都发生过，所有这一切都将再次发生。

这些发现发表在4月2日的《天体物理学报》上。