Kun katsomme yötaivasta, huomaamme yleensä kirkkaimmat tähdet, näkyvät planeetat tai Linnunradan maitomainen vyöhykeMutta kaikkien noiden kirkkaiden pisteiden joukossa piilee todellisia helmiä, jotka jäävät ensi silmäyksellä huomaamatta. Yksi erikoisimmista on niin kutsuttu "käärme-sumu", kokoelma tummia sumuja ja tähtienmuodostusalueita, jotka muotonsa tai sijaintinsa vuoksi muistuttavat taivaalla luikertelevaa käärmettä.
Nimien takana, kuten Barnard 72, Sh2-54 eli Pohjoisen käärmesumu On kiehtovia tarinoita siitä, miten tähdet muodostuvat, miten näemme maailmankaikkeuden eri aallonpituuksilla ja jopa siitä, miten edistyneimmät kaukoputket, kuten James Webb, vahvistavat teorioita, jotka ovat olleet olemassa vuosikymmeniä. Tutkitaanpa rauhallisesti ja mahdollisimman ymmärrettävällä kielellä, mitä "sumukäärme" on tähtitieteessä ja miksi se on niin kiinnostava tiedeyhteisölle.
Tummat sumut: Linnunradan kätketty puoli
Kun puhumme sumuista, ajattelemme yleensä suuria, kirkkaanvärisiä kaasupilviä, mutta on olemassa kokonainen sumujen perhe. tummia sumuja, jotka eivät loista, vaan estävät tähtien valon takana. Ne ovat tiheitä tähtienvälisen kaasun ja pölyn alueita, jotka näkyvät taivaalla mustina laikkuina tiheästi asuttuja tähtikenttiä vasten.
Nämä tummat sumut eivät ole pelkkiä aukkoja taivaalla, vaan ne ovat kylmän aineen varastot, joissa ajan myötä voi syntyä uusia tähtiäPöly estää näkyvän valon pääsyn, mutta sen sisällä tapahtuu hyvin monimutkaisia fysikaalisia prosesseja: kaasun tiivistymistä, gravitaatioromahdusta ja monissa tapauksissa tähtien muodostumisen alkua.
Amerikkalainen tähtitieteilijä Edward Emerson Barnard omistautui 1900-luvun alussa luetteloida nämä taivaan "tummat läiskät"Hänen työnsä tuloksena syntyi yli 180 kohteen luettelo, joka tunnetaan Barnardin sumuina. Niiden joukossa on kaksi aiheemme kannalta keskeistä hahmoa: Barnard 72 ja Barnard 228, liittyy käärmeen hahmoon eri tähdistöissä.
Näiden läpinäkymättömien pilvien olemassaolo selittää, miksi näemme galaktisen tason tietyillä alueilla "Reikiä" tai mustia siluetteja tähtien täyttämien peltojen keskelläEi siinä ole kyse, etteikö siellä olisi mitään, vaan päinvastoin: pölyä on niin paljon, ettei näkyvä valo pääse lävistämään sitä.
Barnard 72: Käärmesumu Ophiuchuksessa
Yksi silmiinpistävimmistä tummista sumuista on Barnard 72, joka tunnetaan myös nimellä KäärmesumuSe sijaitsee Ophiuchuksen tähdistössä, hyvin lähellä Linnunradan keskustaa, taivaan alueella, joka on erityisen runsas tähtien ja tähtienmuodostusalueiden suhteen.
Laajakuva-alaisissa valokuvissa tämä sumu jäljittää Hyvin selkeä S-muotoinen käyrä, joka erottuu tähtitaivasta vastenTuo kiemurteleva siluetti on ansainnut sille lempinimen Käärmesumu: se antaa vaikutelman tummasta käärmeestä, joka luikertelee vilkkaan galaktisen tason halki.
Arvioitu etäisyys Barnard 72:sta on noin 650 valovuoden päässä MaastaTämä tekee siitä galaktisesti suhteellisen lähellä olevan alueen. Sen lineaarinen koko on muutamia valovuosia, joten pitkän valotusajan kuvissa puhumme kompaktista mutta hyvin määritellystä pilvestä.
Koska se on tumma sumu, se ei lähetä omaa valoaan näkyvällä alueella. Näemme vain sen siluetti tiheästi asuttua tähtikenttää vastenSinertävän tähden 44 Ophiuchin läsnäolo monissa valokuvissa vasemmassa alakulmassa auttaa paikantamaan tämän sumun taivaalla ja saamaan käsityksen sen mittakaavasta: näissä kuvissa näkyvä kenttä kattaa yleensä noin 2 astetta, mikä vastaa lähes 20 valovuotta Barnard 72:n etäisyydellä.
Nämä kylmät kaasu- ja pölypilvet ovat ehdokkaita tulemaan tulevaisuuden tähtien taimitarhojaOn hyvin todennäköistä, että ajan myötä osa Barnard 72:n materiasta romahtaa oman painovoimansa vaikutuksesta, jolloin syntyy tiheitä ytimiä, jotka lopulta sytyttävät uusia tähtiä. Meille se on tällä hetkellä ensisijaisesti upea esimerkki siitä, miten pimeä aine ("ei-valaisevana") voi luoda taivaalle vihjailevia muotoja.
Barnard 228: toinen tumma käärme Käärmeen tähdistössä
Käärmeen hahmo näyttää liittyvän myös toiseen tummaan sumuun: Barnard 228, joka sijaitsee Serpensin tähdistössä (Käärme)Toisin kuin Barnard 72, joka on Ophiuchuksessa, tämä sijaitsee suoraan tähdistössä, jonka nimi jo viittaa matelijaan.
Syvän taivaan kuvissa Barnard 228 näkyy muodossa hyvin selkeä tumma täplä, joka estää taustatähtien valonPöly on niin tiheää, että se tuskin päästää läpi näkyvää säteilyä, joten visuaalinen tulos on eräänlainen musta aukko tähtien täplittämää taustaa vasten.
Tätä sumua pidetään mahdollinen uuden tähden muodostumispaikkaAivan kuten muutkin Barnardin luettelossa olevat näytteet. Sen suuri kaasun ja pölyn tiheys luo tarvittavat olosuhteet materiaalin paakkuuntumiselle, jäähtymiselle ja ajan myötä romahtamiselle yhä kompaktimmiksi ytimiksi.
Vaikka amatöörille se saattaa näyttää vain pimeältä alueelta ilman suurempaa kiinnostusta, tähtitieteilijät pitävät Barnard 228:aa ja vastaavia kohteita merkittävinä. luonnonlaboratorioita, joissa voidaan tutkia tähtien muodostumisen alkuvaiheitaInfrapuna- ja radiohavainnoilla on mahdollista "nähdä läpi" pölystä ja selvittää, mitä sen sisällä tapahtuu.
Tämä ajatus taivaan "tummista käärmeistä" liittyy siihen, miten muinaiset kulttuurit tulkitsivat tähtijoukkoja. Missä he näkivät mytologisia hahmoja, nykyään erotamme kaasun, pölyn ja tähtien fyysiset rakenteet niiden elämän eri vaiheissa, joskus yhtä vihjailevilla silueteilla kuin käärmeen.
Käärmeen tähdistö ja Sh2-54-sumu
Käärmeen tähdistö on varsin erikoinen, koska se näyttää jakautuneen kahteen osaan: Serpens Caput (pää) ja Serpens Cauda (häntä)erottaa Käärmeenkantaja. Jo kreikkalaiset näkivät tässä tähtiryhmässä käärmeen muodon, jota mytologinen hahmo piti käsissään.
Käärmeen häntäosassa, Serpens Caudassa, piilee tähtitieteilijöille todellinen aarre: taivaan alue, joka sisältää Kotkasumu, Omega-sumu ja Sh2-54-sumu...muiden kohteiden ohella. Eli alue, joka on täynnä kaasupilviä, nuorten tähtien joukkoja ja aktiivisia tähtienmuodostusalueita.
Sh2-54 on tähtitieteilijä Stewart Sharplessin 1950-luvulla luetteloima sumu, joka on osa yli 300 sumun listaa. Se on suuri kaasu- ja pölypilvi, jossa syntyy uusia tähtiä, joka sijaitsee noin 6 000 valovuoden päässä meistä.
Näkyvässä valossa se on melko himmeä ja himmeä, mutta infrapunassa katsottuna kuva muuttuu täysin. Euroopan eteläisen observatorion (ESO) VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) -teleskoopilla otettu upea valokuva paljastaa tämän. lukemattomia tähtiä naamioituneena pehmeän oranssin hehkun taakse joka paljastaa valaistun pölyn läsnäolon.
Tällaiset kuvat osoittavat, kuinka eri aallonpituuksilla tehtyjen havaintojen ansiosta Voimme tunkeutua pölykerroksiin, jotka estävät näkyvää valoa ja selvittää, mitä näiden tähtien lastentarhojen ytimessä tapahtuu. Esimerkiksi Sh2-54:ssä paljastuvat nyt aiemmin lähes kokonaan piilossa olleet nuorten tähtien parvet.
Infrapunanäkö: "käärmenäkö" kosmoksen tutkimiseen
Yhtäläisyydet käärmeiden kanssa eivät rajoitu sumujen muotoon tai tähdistön nimeen. Monet käärmelajit ovat kehittäneet kyky havaita infrapunasäteilyä havaitakseen saaliinsa lämmöneräänlainen "lämpönäkö", joka antaa heille etulyöntiaseman pimeässä.
Me ihmiset olemme tehneet jotain vastaavaa tähtitieteen kanssa: olemme rakentaneet instrumentteja, jotka kykenevät kaappaamaan infrapunavaloa, jota silmämme eivät näeTämä antaa meille mahdollisuuden katsoa kosmisen pölyn läpi ja tutkia alueita, jotka ovat käytännössä läpinäkymättömiä näkyvässä valossa.
Sh2-54:n tapauksessa ESO:n VISTA-teleskooppi, joka on varustettu 67 miljoonan pikselin kameralla, joka on erittäin herkkä infrapunasäteilylle, on onnistunut kartoittaa tämä suuri sumu poikkeuksellisen yksityiskohtaisestiKuva on osa VVVX-kartoitusta (VISTA Variables in the Via Láctea eXtended), joka on monivuotinen projekti, jonka tarkoituksena on havainnoida toistuvasti suurta Linnunradan aluetta infrapunassa.
Näillä aallonpituuksilla tarkkailemalla voimme nähdä nuorten tähtien ja kuumien kaasualueiden valoa. Se tunkeutuu paremmin pölykerroksiinpaljastaen yksityiskohtia, jotka eivät yksinkertaisesti näy perinteisissä valokuvissa. Tämä on erityisen hyödyllistä ymmärrettäessä, miten tähdet muodostuvat ja kehittyvät näissä valtavissa tähtien taimitarhoissa.
Jollain tavalla, kehittämällä tätä kykyä havaita infrapunassa, Olemme varustaneet kaukoputkemme parannetulla "käärmenäkö"-ominaisuudella.kykenevä "näkemään" kosmisen pölyn takana piilevän lämmön ja säteilyn. Ja tämä ajatus johtaa meidät suoraan yhteen modernin tähtitieteen suurista päähenkilöistä: James Webb -avaruusteleskooppiin.
Käärmesumu James Webb -avaruusteleskoopin havainnoimana
James Webb -avaruusteleskooppi (JWST) on Hubblen seuraaja, ja se laukaistiin avaruuteen 19. 25. joulukuuta 2021 tavoitteenaan havaita maailmankaikkeutta pääasiassa infrapunassaSe on NASAn, Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja Kanadan avaruusjärjestön (CSA) yhteisprojekti, ja se on nimetty James E. Webbin mukaan, joka toimi NASAn pääjohtajana Apollo-ohjelman aikana.
Webb on toimittanut toimintansa alusta lähtien upeita kuvia kosmoksesta ja valtavan arvokasta tieteellistä dataaHänen monien havaintojensa joukossa yksi silmiinpistävimmistä käsillä olevan aiheen kannalta on hänen tutkimuksensa tähtienmuodostusalueesta, joka tunnetaan nimellä Käärmeensumu tai Käärmeen pääsumu ja sijaitsee Käärmeen tähdistössä.
Tässä tapauksessa emme puhu Barnard 72:n kaltaisesta pimeästä sumusta, vaan hyvin nuori heijastussumu, vain yhdestä kahteen miljoonaa vuotta vanhaTällaiset sumut eivät loista yksinään, vaan heijastavat lähellä olevien tähtien tai niiden sisällä olevien tähtien valoa, mistä johtuu niiden sinertävä tai valkeahko ulkonäkö monissa kuvissa.
Webbin havaitsema erityinen alue tunnetaan nimellä Serpens NorthSitä oli pitkään pidetty erittäin lupaavana alueena Auringon kaltaisten pienimassaisten tähtien syntymän tutkimiseen. Paljaalla silmällä ja aiemmissa kuvissa monet sen rakenteista näyttivät epätarkoilta laikkuilta.
Webbin NIRCam-lähi-infrapunakameran ansiosta ennennäkemättömän selkeä kuva tästä alueestaKuvassa näkyvät selvästi hyvin nuoret tähdet ja niiden muodostumiseen liittyvät kaasurakenteet. Tämä havainto on mahdollistanut tiedemiesten ensimmäistä kertaa tallentaa suoraan pitkään teoriassa kehitellyn ilmiön: linjautuneet prototähtien ulosvirtaukset.
Protostelaariset ulosvirtaukset: kaasusuihkut asettuvat linjaan kuin räntäsademyrsky
Tähden syntymän aikana ympäröivä kaasu- ja pölymassa putoaa prototähden päälle muodostaen nopeasti pyörivä kertymälevyLevyn sisällä magneettikentät voivat kanavoida osan materiaalista kohti napoja ja työntää sen ulos nopeiden bipolaaristen suihkujen muodossa.
Nämä suihkukoneet, ns. protostellaariset ulosvirtaukset tai ulosvirtauksetNe osuvat ympäröivään kaasuun ja pölyyn tuottaen paineaaltoja, jotka lämmittävät ja virittävät materiaalia. Webbin kuvissa nämä alueet näkyvät ns. voimakkaan punaisia filamentteja ja täpliä, lähi-infrapunassa olevien virittyneiden molekyylien emissiosignaali.
Webbin havaitseman Käärmesumun todella huomionarvoista on se, että nämä suihkut Ne kaikki tuntuvat kallistuvan samaan suuntaankuin tuulen kuljettaman räntäsateen lumihiutaleet. Tämä linjaus viittaa siihen, että niitä synnyttävillä prototähdillä on yhteinen alkuperä romahtaneessa pilvessä, jolla on selkeästi määritelty pyörimisakseli.
Tähtitieteilijät olivat pitkään olettaneet, että kun suuri molekyylipilvi romahtaa muodostaen tähtijoukon, Ne kaikki perivät yleensä samanlaisen spin-orientaationTähän mennessä tällaista suoraa todistetta tälle ajatukselle ei kuitenkaan ole saatu. Näiden linjattujen suihkujen visuaalinen tallenne toimii alkuperäisen pilven dynamiikan "historiana".
Projektista vastaavien sanoin, se, mitä aiemmin pidettiin epäselvät, huonosti määritellyt alueet matalamman resoluution kuvissa Siitä on nyt tullut teräviä, linjattuja ulosvirtauksia, jotka vahvistavat, että havaitsemme aluetta hyvin tietyllä hetkellä sen kehityksessä, aivan kuten monet tähdet syttyvät lähes yhteen ääneen.
Nuoruuden heijastuksen sumu ja sen tähtikirkas tulevaisuus
North Serpensin alue on erittäin nuori heijastussumujonka iäksi arvioidaan yhdestä kahteen miljoonaa vuotta. Tähtitieteellisesti tämä on käytännössä silmänräpäys: esimerkiksi Aurinko on noin 4.600 miljardia vuotta vanha.
Koska se on niin varhaisessa vaiheessa, monet sen sisältämistä tähdistä ovat edelleen kaasun ja pölyn ympäröimät prototähdetja niiden protoplanetaariset kiekot ovat muodostumassa. Jotkut niistä voivat saavuttaa Auringon massan kaltaisia massoja, kun taas toiset pysyvät pienimassaisten tähtien tai jopa ruskeiden kääpiöiden luokilla.
Webbin kuva näyttää, miten pöly joillakin alueilla sijaitsee heijastuneen tähtien valon edellä luoden hajanaisen oranssin hehkunTämä viittaa siihen, että näemme edelleen päällekkäisiä, läpinäkymättömiä rakenteita, mikä lisää kohtauksen tulkinnan monimutkaisuutta, mutta antaa myös vihjeitä materiaalin jakautumisesta 3D-muodossa.
Tämä sumu toimii erinomaisena koealustana tutkia, miten miten magneettikentät ovat järjestäytyneet, miten kiekot ovat linjassa ja miten suihkut laukeavat samasta emopilvestä syntyneiden tähtien populaatiossa. Jokainen näistä hohtavista suihkuista ja filamenteista on alueen sisäisen dynamiikan merkki.
On odotettavissa, että ajan myötä monet näistä nuorista tähdistä puhdistavat ympäristönsä kaasusta ja pölystä, ja heijastussumu hälvenee. Jäljelle jää sitten nuori tähtijoukko, jossa tähdet ovat jo muodostuneet ja mahdollisesti kehittyvät planeettajärjestelmät, jotain vastaavaa kuin mitä on saattanut tapahtua ympäristössä, jossa oma aurinkokuntamme muodostui.
Pölystä elämän kemiaan: seuraava askel Webbin avulla
Käärmesumun upeat kuvat ovat vasta alkua. Seuraava tavoite on käyttää Webbin NIRSpec-lähi-infrapunaspektrografia analysoida yksityiskohtaisesti näiden tummien absorptiopilvien kemiallista koostumusta, muodostunut molekyylikaasusta ja tähtienvälisestä pölystä.
Keskittyminen on puheluissa haihtuvat aineet, yhdisteet, jotka sublimoituvat suhteellisen matalissa lämpötiloissa, kuten jäätynyt vesi maailmankaikkeudessaHiilidioksidi, metaani ja erilaiset orgaaniset molekyylit ovat esimerkkejä tällaisista yhdisteistä. Sen ymmärtäminen, miten nämä yhdisteet selviävät tähtien ja planeettojen muodostumisprosessista, on avainasemassa planeettajärjestelmien kemiallisen historian rekonstruoinnissa.
Tarkkailemalla näiden molekyylien runsautta ja jakautumista prototähdissä juuri ennen niiden niiden protoplanetaariset kiekot muodostavatTähtitieteilijät toivovat selvittävänsä, ovatko aurinkokuntamme syntyyn johtaneet olosuhteet yleisiä vai pikemminkin poikkeuksellisia galaksissa.
Tämän tyyppinen tutkimus mahdollistaa yhteyksien luomisen näiden kahden välillä: kylmät molekyylipilvet, tähtienmuodostusalueet, kuten Käärmesumu, ja komeettojen, planeettojen ja ilmakehien lopullinen koostumus nuorissa planeettakunnissa. Jokainen Webbin saama spektri on eräänlainen "sormenjälki" kyseisissä ympäristöissä esiintyvästä kemiasta.
Viime kädessä tiettyjen yhdisteiden, kuten veden tai monimutkaisten orgaanisten molekyylien, yleisyyden tunteminen auttaa meitä vastaamaan peruskysymyksiin: Mitkä ovat mahdollisuudet elinkelpoisten planeettojen muodostumiselle ja, kuka tietää, elämälle galaksin muissa kolkissa?.
Koko tämä matka, alkaen Barnard 72:n ja 228:n tummat käärmeet Serpens Northin linjassa oleviin ulosvirtauksiin ja Webbin paljastama kemiaSe osoittaa, kuinka yksinkertaisen "sumuisen käärmeen" kuva tähtitieteessä on itse asiassa vain jäävuoren huippu kiehtovista fysikaalisista ja kemiallisista prosesseista, jotka muokkaavat Linnunrataa juuri nyt.
