Når vi ser på nattehimlen, bemærker vi normalt de klareste stjerner, synlige planeter eller Mælkevejens mælkebåndMen gemt blandt alle disse lyspunkter er der sande perler, der går ubemærket hen ved første øjekast. En af de mest kuriøse er den såkaldte "slangetåge", en samling af mørke tåger og stjernedannende områder, der på grund af deres form eller placering ligner en slange, der snor sig hen over himlen.
Bag navne som Barnard 72, Sh2-54 eller Nordslangetågen Der er fascinerende historier om, hvordan stjerner dannes, hvordan vi ser universet ved forskellige bølgelængder, og endda hvordan de mest avancerede teleskoper, som James Webb, bekræfter teorier, der har eksisteret i årtier. Lad os roligt og i det mest tilgængelige sprog udforske, hvad den "tågede slange" er i astronomi, og hvorfor den er af så stor interesse for det videnskabelige samfund.
Mørke tåger: den skjulte side af Mælkevejen
Når vi taler om tåger, tænker vi normalt på store skyer af farvestrålende gas, men der findes en hel familie af mørke tåger, der ikke lyser, men snarere blokerer for stjernernes lys placeret bagved. De er tætte områder af interstellar gas og støv, der fremstår på himlen som sorte pletter afbildet mod tætbefolkede stjernefelter.
Langt fra blot at være huller i himlen, er disse mørke tåger lagre af koldt stof, hvor nye stjerner med tiden kan fødesStøvet blokerer for synligt lys, men indeni finder meget komplekse fysiske processer sted: gaskondensation, tyngdekraftskollaps og i mange tilfælde begyndelsen på stjernedannelse.
Den amerikanske astronom Edward Emerson Barnard dedikerede sig i begyndelsen af det 20. århundrede til at katalogisere disse "mørke pletter" på himlenHans arbejde resulterede i en liste på mere end 180 objekter, kendt som Barnards tåger. Blandt dem er to nøglefigurer i vores emne: Barnard 72 og Barnard 228, relateret til slangens figur i forskellige konstellationer.
Eksistensen af disse uigennemsigtige skyer forklarer, hvorfor vi i visse områder af det galaktiske plan ser "Huller" eller sorte silhuetter midt i marker fulde af stjernerDet er ikke fordi, der ikke er noget der, men tværtimod: der er så meget støv, at synligt lys ikke kan trænge igennem det.
Barnard 72: Slangetågen i Ophiuchus
En af de mest slående mørke tåger er Barnard 72, også kendt som SlangetågenDen er placeret i stjernebilledet Ophiuchus, meget tæt på Mælkevejens centrum, i et område af himlen, der er særligt rigt på stjerner og stjernedannende områder.
På vidvinkelfotografier tegner denne tåge en En meget tydelig "S"-formet kurve, der skiller sig ud mod den stjerneklare baggrundDen bugtede silhuet er det, der har givet den øgenavnet Slangetågen: den giver indtryk af en mørk slange, der snor sig hen over det travle galaktiske plan.
Den anslåede afstand fra Barnard 72 er ca. 650 lysår fra JordenDette gør den til en relativt nærliggende region i galaktisk forstand. Dens lineære størrelse er et par lysår, så vi taler om en kompakt, men veldefineret sky på billeder med lang eksponering.
Da den er en mørk tåge, udsender den ikke sit eget lys i det synlige område. Det, vi ser, er dens silhuet mod et tætbefolket felt af stjernerTilstedeværelsen af den blålige stjerne 44 Ophiuchi nederst til venstre på mange fotografier hjælper med at lokalisere denne tåge på himlen og få en idé om skalaen: feltet vist på disse billeder dækker normalt omkring 2 grader, hvilket svarer til næsten 20 lysår på Barnard 72s afstand.
Disse kolde skyer af gas og støv er kandidater til at blive fremtidens stjerners børnehaverDet er meget sandsynligt, at noget af materialet i Barnard 72 med tiden vil kollapse under sin egen tyngdekraft og give anledning til tætte kerner, der til sidst vil antænde nye stjerner. For nu er det for os primært et storslået eksempel på, hvordan mørkt stof (i betydningen "ikke-lysende") kan skabe suggestive former på himlen.
Barnard 228: endnu en mørk slange i stjernebilledet Slangen
Slangens figur synes også at være forbundet med en anden mørk tåge: Barnard 228, placeret i stjernebilledet Serpens (Slangen)I modsætning til Barnard 72, som er i Ophiuchus, er denne placeret direkte i stjernebilledet, hvis navn allerede refererer til krybdyret.
På billeder af den dybe himmel fremstår Barnard 228 som en en meget tydelig mørk plet, der blokerer lyset fra baggrundsstjernerneStøvet er så tæt, at det knap nok lader synlig stråling komme igennem, så det visuelle resultat er en slags sort hul mod en baggrund oversået med stjerner.
Denne tåge betragtes som en muligt sted for ny stjernedannelseLigesom andre i Barnards katalog. Dens høje tæthed af gas og støv skaber de nødvendige betingelser for, at materialet kan begynde at klumpe sig sammen, afkøles og med tiden kollapse til stadig mere kompakte kerner.
Selvom det for amatøren blot kan fremstå som et mørkt område uden megen interesse, ser astronomer Barnard 228 og lignende objekter som betydningsfulde. naturlige laboratorier, hvor de tidlige stadier af stjernedannelse kan studeresMed infrarøde og radioobservationer er det muligt at "se igennem" støvet og opdage, hvad der sker indeni.
Denne idé om "mørke slanger" på himlen forbinder sig med, hvordan gamle kulturer fortolkede stjernehobe. Hvor de så mytologiske figurer, skelner vi i dag Fysiske strukturer af gas, støv og stjerner på forskellige stadier af deres liv, nogle gange med silhuetter lige så antydende som en slanges.
Stjernebilledet Serpens og Sh2-54-tågen
Stjernebilledet Serpens (Slangen) er ret ejendommeligt, fordi det ser ud til at være opdelt i to dele: Serpens Caput (hovedet) og Serpens Cauda (halen)adskilt af Ophiuchus. Grækerne så allerede i denne gruppe af stjerner formen af en slange, som en mytologisk figur holdt i sine hænder.
I haleområdet, Serpens Cauda, ligger en sand skat for astronomer: et område på himlen, der huser Ørnetågen, Omegatågen og Sh2-54-tågen...blandt andre objekter. Det vil sige et område fyldt med gasskyer, stjernehobe og aktive stjernedannelsesområder.
Sh2-54 er en tåge, der blev katalogiseret af astronomen Stewart Sharpless i 1950'erne som en del af en liste på over 300 tåger. Det er en en stor sky af gas og støv, hvor nye stjerner bliver født, der ligger cirka 6.000 lysår fra os.
I synligt lys er dens udseende ret svagt og mat, men når den ses i infrarødt lys, ændrer billedet sig fuldstændigt. Et fantastisk fotografi taget med European Southern Observatory's (ESO) VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) teleskop afslører dette. et utal af stjerner camoufleret bag et blødt orange skær hvilket afslører tilstedeværelsen af oplyst støv.
Disse typer billeder viser, hvordan, takket være observation ved forskellige bølgelængder, Vi kan trænge igennem lag af støv, der blokerer for synligt lys og opdag, hvad der sker i hjertet af disse stjernebarnehaver. I Sh2-54 afsløres for eksempel sværme af unge stjerner, der tidligere var næsten helt skjulte, nu.
Infrarødt syn: et "slangesyn" til udforskning af kosmos
Parallellerne med slanger er ikke begrænset til formen på stjernetåger eller navnet på stjernebilledet. Mange slangearter har udviklet evnen til at detektere infrarød stråling for at opfatte byttets varmeen slags "termisk syn", der giver dem en fordel i mørket.
Vi mennesker har gjort noget lignende med astronomi: vi har bygget instrumenter, der er i stand til at opfange infrarødt lys, som vores øjne ikke kan seDette gør det muligt for os at se gennem kosmisk støv og studere områder, der praktisk talt er uigennemsigtige i synligt lys.
I tilfældet med Sh2-54 har ESOs VISTA-teleskop, udstyret med et kamera med 67 millioner pixels, der er yderst følsomt over for infrarød stråling, formået at kortlægge denne store tåge i ekstraordinær detaljeBilledet er en del af VVVX-undersøgelsen (VISTA Variables in the Via Láctea eXtended), et flerårigt projekt dedikeret til gentagne observationer af et stort område af Mælkevejen i infrarødt.
Ved at observere ved disse bølgelængder kan vi se lyset fra unge stjerner og områder med varm gas. Det kan bedre trænge ind i støvlagafslører detaljer, der simpelthen ikke ses på traditionelle fotografier. Dette er især nyttigt til at forstå, hvordan stjerner dannes og udvikler sig i disse enorme stjernebarnehaver.
På en eller anden måde, ved at udvikle denne evne til at observere i infrarødt, Vi har udstyret vores teleskoper med et forbedret "slangesyn"i stand til at "se" varmen og strålingen skjult bag kosmisk støv. Og denne idé fører os direkte til en af de store hovedpersoner inden for moderne astronomi: James Webb-rumteleskopet.
Slangetågen observeret af James Webb-rumteleskopet
James Webb-rumteleskopet (JWST) er efterfølgeren til Hubble og blev opsendt d. 25. december 2021 med det mål at observere universet primært i infrarødtDet er et fælles projekt mellem NASA, Den Europæiske Rumfartsorganisation (ESA) og Den Canadiske Rumfartsorganisation (CSA), og er opkaldt efter James E. Webb, NASA-administrator i Apollo-programmets år.
Siden Webb blev operationel, har den leveret spektakulære billeder af kosmos og videnskabelige data af enorm værdiBlandt hans mange observationer er en af de mest slående for emnet hans studie af et stjernedannelsesområde kendt som Slangentågen eller Slangen Hoved, der ligger i stjernebilledet Slangen.
I dette tilfælde taler vi ikke om en mørk tåge som Barnard 72, men en en meget ung refleksionståge, kun mellem en og to millioner år gammelDisse typer tåger lyser ikke af sig selv, men reflekterer lyset fra nærliggende stjerner eller stjerner indlejret i dem, deraf deres blålige eller hvidlige udseende på mange billeder.
Det specifikke område, som Webb observerer, er kendt som Serpens NorthDet havde længe været betragtet som et meget lovende område til at studere fødslen af stjerner med lav masse, der ligner Solen. For det blotte øje og på tidligere billeder fremstod mange af dens strukturer som slørede pletter.
Takket være Webbs NIRCam nær-infrarøde kamera, a billede af hidtil uset klarhed i dette områdeBilledet viser tydeligt meget unge stjerner og gasstrukturer forbundet med deres dannelse. Denne observation har gjort det muligt for forskere for første gang direkte at indfange et længe teoretiseret fænomen: justerede protostellare udstrømninger.
Protostellare udstrømninger: gasstråler opstillet som en sludstorm
Under en stjernes fødsel falder den omgivende gas og støv ned på protostjernen og danner en hurtigt roterende akkretionsskiveInde i den disk kan magnetfelter kanalisere noget af materialet mod polerne og udstøde det i form af højhastigheds bipolære jetstråler.
Disse jetfly, kendt som protostellære udstrømninger eller udstrømningerDe påvirker den omgivende gas og støv og producerer chokbølger, der opvarmer og exciterer materialet. På Webb-billederne fremstår disse områder som filamenter og pletter af intens rød farve, signal om emissioner fra exciterede molekyler i det nære infrarøde område.
Det, der virkelig er bemærkelsesværdigt ved Slangetågen, som Webb observerede, er, at disse jetstråler De ser alle ud til at hælde i samme retningsom snefnug fra en sludstorm, der fejes af vinden. Denne justering antyder, at de protostjerner, der genererer dem, deler en fælles oprindelse i en kollapset sky med en veldefineret rotationsakse.
Astronomer havde længe antaget, at når en stor molekylær sky kollapser og danne en stjernehob, De har alle en tendens til at arve en lignende spinorienteringIndtil nu er der dog ikke opnået et sådant direkte bevis for denne idé. Den visuelle registrering af disse justerede jetstråler fungerer som en "historie" om den oprindelige skys dynamik.
Med de ansvarlige for projektets ord, hvad der tidligere blev set som slørede, dårligt definerede områder i billeder med lavere opløsning Det er nu blevet til skarpe, justerede udstrømninger, der bekræfter, at vi observerer en region på et helt bestemt tidspunkt i dens udvikling, ligesom mange stjerner tændes næsten i takt.
En tåge af ungdommelig refleksion og dens strålende fremtid
North Serpens-regionen er en ekstremt ung refleksionstågemed en anslået alder på mellem en og to millioner år. Astronomisk set er dette praktisk talt et øjeblik: Solen er for eksempel omkring 4.600 milliarder år gammel.
Da den er i så tidligt et stadie, er mange af stjernerne, den indeholder, stadig protostjerner indhyllet i gas og støvog deres protoplanetariske skiver er i dannelsesproces. Nogle af dem kan nå masser svarende til Solens, mens andre vil forblive i rækkevidde af stjerner med lav masse eller endda brune dværge.
Webb-billedet viser, hvordan støvet i nogle områder er placeret foran det reflekterede stjernelys, hvilket skaber en diffus orange glødDette indikerer, at vi fortsat ser overlappende, uigennemsigtige strukturer, hvilket øger kompleksiteten i fortolkningen af scenen, men også giver spor om fordelingen af materiale i 3D.
Denne tåge fungerer som et fremragende testmiljø til at studere, hvordan hvordan magnetfelterne er organiseret, hvordan skiverne justeres, og hvordan strålerne udløses i en population af stjerner født af den samme modersky. Hver af disse glødende stråler og filamenter er en markør for regionens interne dynamik.
Det forventes, at mange af disse unge stjerner med tiden vil rense deres omgivelser for gas og støv, og reflektionstågen vil forsvinde. Det, der så vil være tilbage, vil være en ung stjernehob med stjerner, der allerede er dannet og muligvis er under udvikling, noget der ligner, hvad der kan være sket i det miljø, hvor vores eget solsystem blev dannet.
Fra støv til livets kemi: det næste skridt med Webb
De fantastiske billeder af Slangetågen er kun begyndelsen. Det næste mål er at bruge Webbs NIRSpec nær-infrarøde spektrograf til at at analysere den kemiske sammensætning af disse mørke absorptionsskyer i detaljer, dannet af molekylær gas og interstellart støv.
Fokus er på opkaldene flygtige stoffer, forbindelser der sublimerer ved relativt lave temperaturerLigesom frossent vand i universetKuldioxid, metan og forskellige organiske molekyler er eksempler på sådanne forbindelser. At forstå, hvordan disse forbindelser overlever processen med stjerne- og planetdannelse, er nøglen til at rekonstruere planetsystemernes kemiske historie.
Ved at observere mængden og fordelingen af disse molekyler i protostjerner lige før de deres protoplanetære skiver dannesAstronomer håber at finde ud af, om de forhold, der gav anledning til vores solsystem, er almindelige eller snarere usædvanlige i galaksen.
Denne type undersøgelse vil muliggøre forbindelser mellem kolde molekylære skyer, stjernedannende områder som Slangetågen og den endelige sammensætning af kometer, planeter og atmosfærer i unge planetsystemer. Hvert spektrum, som Webb opnår, er en slags "fingeraftryk" af den kemi, der er til stede i disse miljøer.
I sidste ende hjælper det os med at besvare grundlæggende spørgsmål, når vi ved, hvor almindelige bestemte forbindelser, såsom vand eller komplekse organiske molekyler, er: Hvad er chancerne for dannelse af beboelige planeter, og hvem ved, liv i andre hjørner af galaksen?.
Hele denne rejse, fra Mørke slanger fra Barnard 72 og 228 til de justerede udstrømninger ved Serpens North og den kemi, der er afsløret af WebbDen viser, hvordan billedet af en simpel "tåget slange" i astronomien faktisk er toppen af isbjerget af de fascinerende fysiske og kemiske processer, der former Mælkevejen lige nu.
