Når vi ser på nattehimmelen legger vi vanligvis merke til de lyseste stjernene, synlige planeter eller Melkeveiens melkebåndMen skjult blant alle disse lyspunktene finnes det ekte perler som går ubemerket hen ved første øyekast. En av de mest kuriøse er den såkalte «slangetåken», en samling av mørke tåker og stjernedannende områder som på grunn av sin form eller plassering ligner en slange som smyger seg over himmelen.
Bak navn som Barnard 72, Sh2-54 eller Nord-Slangetåken Det finnes fascinerende historier om hvordan stjerner dannes, hvordan vi ser universet på forskjellige bølgelengder, og til og med hvordan de mest avanserte teleskopene, som James Webb, bekrefter teorier som har eksistert i flere tiår. La oss utforske, rolig og på et så tilgjengelig språk som mulig, hva den «tågede slangen» er i astronomien, og hvorfor den er av så stor interesse for det vitenskapelige samfunnet.
Mørke tåker: den skjulte siden av Melkeveien
Når vi snakker om tåker, tenker vi vanligvis på store skyer av fargerik gass, men det finnes en hel familie av mørke tåker som ikke skinner, men heller blokkerer lyset fra stjernene ligger bak. De er tette områder av interstellar gass og støv som vises på himmelen som svarte flekker silhuettert mot tett befolkede stjernefelt.
Langt fra å være bare hull i himmelen, er disse mørke tåkene lagre av kald materie hvor nye stjerner kan bli født over tidStøvet blokkerer synlig lys, men inni foregår det svært komplekse fysiske prosesser: gasskondensasjon, gravitasjonskollaps og i mange tilfeller begynnelsen på stjernedannelse.
Den amerikanske astronomen Edward Emerson Barnard viet seg på begynnelsen av 1900-tallet til å katalogisere disse «mørke flekkene» på himmelenArbeidet hans resulterte i en liste med mer enn 180 objekter, kjent som Barnards tåker. Blant dem er to nøkkelfigurer i emnet vårt: Barnard 72 og Barnard 228, relatert til slangens figur i forskjellige konstellasjoner.
Eksistensen av disse ugjennomsiktige skyene forklarer hvorfor vi i visse områder av det galaktiske planet ser «Hull» eller svarte silhuetter midt i felt fulle av stjernerDet er ikke at det ikke er noe der, men snarere det motsatte: det er så mye støv at synlig lys ikke kan trenge gjennom det.
Barnard 72: Slangetåken i Ophiuchus
En av de mest slående mørke tåkene er Barnard 72, også kjent som SlangetåkenDen ligger i stjernebildet Ophiuchus, svært nær sentrum av Melkeveien, i et område på himmelen som er spesielt rikt på stjerner og stjernedannende områder.
På vidvinkelfotografier tegner denne tåken en En veldig tydelig S-formet kurve som skiller seg ut mot den stjerneklare bakgrunnenDen slyngede silhuetten er det som har gitt den kallenavnet Slangetåken: den gir inntrykk av en mørk slange som sniker seg over det travle galaktiske planet.
Den estimerte avstanden fra Barnard 72 er omtrent 650 lysår fra JordenDette gjør den til et relativt nærliggende område i galaktiske termer. Den lineære størrelsen er noen få lysår, så vi snakker om en kompakt, men veldefinert sky i bilder med lang eksponering.
Siden den er en mørk tåke, sender den ikke ut sitt eget lys i det synlige området. Det vi ser er dens silhuett mot et tett befolket stjernefeltTilstedeværelsen av den blålige stjernen 44 Ophiuchi nederst til venstre på mange fotografier hjelper til med å lokalisere denne tåken på himmelen og få en idé om skalaen: feltet som vises på disse bildene dekker vanligvis omtrent 2 grader, tilsvarende nesten 20 lysår på avstanden til Barnard 72.
Disse kalde skyene av gass og støv er kandidater til å bli stjernenes barnehager i fremtidenDet er svært sannsynlig at noe av materialet i Barnard 72 over tid vil kollapse under sin egen tyngdekraft, og dermed danne tette kjerner som til slutt vil antenne nye stjerner. Foreløpig er det for oss først og fremst et praktfullt eksempel på hvordan mørk materie (i betydningen «ikke-lysende») kan skape suggestive former på himmelen.
Barnard 228: en annen mørk slange i stjernebildet Slangen
Slangens figur ser også ut til å være assosiert med en annen mørk tåke: Barnard 228, som ligger i stjernebildet Serpens (Slangen)I motsetning til Barnard 72, som er i Ophiuchus, ligger denne rett innenfor stjernebildet hvis navn allerede refererer til reptilet.
På dypskybilder fremstår Barnard 228 som en en veldig tydelig mørk flekk som blokkerer lyset fra bakgrunnsstjerneneStøvet er så tett at det knapt slipper gjennom synlig stråling, så det visuelle resultatet er et slags svart hull mot en bakgrunn med stjerner.
Denne tåken regnes som en mulig sted for ny stjernedannelseAkkurat som andre i Barnards katalog. Den høye tettheten av gass og støv skaper de nødvendige forholdene for at materialet skal begynne å klumpe seg sammen, avkjøles og over tid kollapse til stadig mer kompakte kjerner.
Selv om det for amatøren rett og slett kan fremstå som et mørkt område uten særlig interesse, ser astronomer på Barnard 228 og lignende objekter som betydningsfulle. naturlige laboratorier hvor de tidlige stadiene av stjernedannelse kan studeresMed infrarøde og radioobservasjoner er det mulig å «se gjennom» støvet og oppdage hva som skjer inni.
Denne ideen om «mørke slanger» på himmelen knytter seg til hvordan gamle kulturer tolket stjernehoper. Der de så mytologiske figurer, skiller vi i dag fysiske strukturer av gass, støv og stjerner på ulike stadier av livet deres, noen ganger med silhuetter like antydende som en slange.
Slangens stjernebilde og Sh2-54-tåken
Stjernebildet Serpens (Slangen) er ganske særegent fordi det ser ut til å være delt inn i to deler: Serpens Caput (hodet) og Serpens Cauda (halen)atskilt av Ophiuchus. Grekerne så allerede i denne gruppen av stjerner formen til en slange som en mytologisk figur holdt i hendene sine.
I haleområdet, Serpens Cauda, ligger en sann skatt for astronomer: et område på himmelen som huser Ørnetåken, Omegatåken og Sh2-54-tåken...blant andre objekter. Det vil si et område fullt av gassskyer, stjernehoper og aktive stjernedannende regioner.
Sh2-54 er en tåke katalogisert av astronomen Stewart Sharpless på 1950-tallet, som en del av en liste på over 300 tåker. Det er en en stor sky av gass og støv der nye stjerner blir født, som ligger omtrent 6.000 lysår unna oss.
I synlig lys er det ganske svakt og matt, men sett i infrarødt lys endrer bildet seg fullstendig. Et imponerende fotografi tatt med European Southern Observatory (ESO) sitt VISTA-teleskop (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) avslører dette. et mylder av stjerner kamuflert bak en myk oransje glød som avslører tilstedeværelsen av opplyst støv.
Denne typen bilder viser hvordan, takket være observasjon ved forskjellige bølgelengder, Vi kan trenge gjennom lag med støv som blokkerer synlig lys og oppdag hva som skjer i hjertet av disse stjernebarnehagene. I Sh2-54, for eksempel, blir svermer av unge stjerner som tidligere var nesten helt skjult nå avslørt.
Infrarødt syn: et «slangesyn» for å utforske kosmos
Parallellene med slanger er ikke begrenset til formen på stjernetåker eller navnet på stjernebildet. Mange slangearter har utviklet evnen til å oppdage infrarød stråling for å oppfatte varmen til byttet sitten slags «termisk visjon» som gir dem en fordel i mørket.
Vi mennesker har gjort noe lignende med astronomi: vi har bygget instrumenter som er i stand til å å fange infrarødt lys som øynene våre ikke kan seDette lar oss se gjennom kosmisk støv og studere områder som er praktisk talt ugjennomsiktige i synlig lys.
Når det gjelder Sh2-54, har ESOs VISTA-teleskop, utstyrt med et kamera på 67 millioner piksler som er svært følsomt for infrarød stråling, klart å kartlegge denne store tåken i ekstraordinær detaljBildet er en del av VVVX-undersøkelsen (VISTA Variables in the Via Láctea eXtended), et flerårig prosjekt dedikert til gjentatte observasjoner av et stort område av Melkeveien i infrarødt.
Ved å observere ved disse bølgelengdene kan vi se lyset fra unge stjerner og områder med varm gass. Den kan bedre trenge inn i støvlageneavslører detaljer som rett og slett ikke vises i tradisjonelle fotografier. Dette er spesielt nyttig for å forstå hvordan stjerner dannes og utvikler seg i disse enorme stjernebarnehagene.
På en eller annen måte, ved å utvikle denne evnen til å observere i infrarødt, Vi har utstyrt teleskopene våre med forbedret «slangesyn»i stand til å «se» varmen og strålingen som er skjult bak kosmisk støv. Og denne ideen leder oss direkte til en av de store hovedpersonene innen moderne astronomi: James Webb-romteleskopet.
Slangetåken observert av James Webb-romteleskopet
James Webb-romteleskopet (JWST) er etterfølgeren til Hubble og ble skutt opp 1. 25. desember 2021 med mål om å observere universet primært i infrarødtDet er et fellesprosjekt mellom NASA, Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) og Den kanadiske romfartsorganisasjonen (CSA), og er oppkalt etter James E. Webb, NASA-administrator i Apollo-programårene.
Siden den ble operativ, har Webb levert spektakulære bilder av kosmos og vitenskapelige data av enorm verdiBlant hans mange observasjoner er en av de mest slående for emnet hans studie av et stjernedannende område kjent som Slangetåken eller Slangehovedtåken, som ligger i stjernebildet Slangen.
I dette tilfellet snakker vi ikke om en mørk tåke som Barnard 72, men en en veldig ung refleksjonståke, bare mellom én og to millioner år gammelDisse typene tåker skinner ikke av seg selv, men reflekterer lyset fra stjerner i nærheten eller stjerner innebygd i dem, derav deres blåaktige eller hvitaktige utseende på mange bilder.
Det spesifikke området som Webb observerer er kjent som Serpens NorthDet hadde lenge vært ansett som et svært lovende område for å studere fødselen av stjerner med lav masse, lik solen. For det blotte øye og på tidligere bilder fremstod mange av strukturene som uskarpe flekker.
Takket være Webbs NIRCam nær-infrarøde kamera, en bilde av enestående klarhet i dette områdetBildet viser tydelig svært unge stjerner og gassstrukturer knyttet til dannelsen deres. Denne observasjonen har gjort det mulig for forskere å fange direkte, for første gang, et lenge teoretisert fenomen: justerte protostellare utstrømninger.
Protostellare utstrømninger: gassstråler på linje som en sluddstorm
Under en stjernes fødsel faller den omkringliggende gassen og støvmaterialet ned på protostjernen og danner en raskt roterende akkresjonsskiveInne i den disken kan magnetfelt kanalisere noe av materialet mot polene, og utstøte det i form av høyhastighets bipolare jetstråler.
Disse jetflyene, kjent som protostellare utstrømninger eller utstrømningerDe støter mot omkringliggende gass og støv, og produserer sjokkbølger som varmer opp og eksiterer materialet. På Webb-bildene fremstår disse områdene som filamenter og flekker med intens rød farge, signal om utslipp fra eksiterte molekyler i nær infrarødt.
Det som er virkelig bemerkelsesverdig med Slangetåken observert av Webb er at disse jetstrålene De ser alle ut til å heller i samme retningsom snøflak fra en sluddstorm feid med av vinden. Denne justeringen antyder at protostjernene som genererer dem deler et felles opphav i en kollapset sky med en veldefinert rotasjonsakse.
Astronomer hadde lenge antatt at når en stor molekylær sky kollapser og danner en stjernehope, De har alle en tendens til å arve en lignende spinnorienteringImidlertid har man ikke fått et slikt direkte bevis på denne ideen frem til nå. Den visuelle registreringen av disse justerte jetstrålene fungerer som en «historie» om den opprinnelige skyens dynamikk.
Med ordene til de som var ansvarlige for prosjektet, det som tidligere ble sett på som uskarpe, dårlig definerte områder i bilder med lavere oppløsning Det har nå blitt til skarpe, justerte utstrømninger, som bekrefter at vi observerer en region på et veldig bestemt tidspunkt i dens utvikling, akkurat som mange stjerner antennes nesten samtidig.
En tåke av ungdommelig refleksjon og dens fantastiske fremtid
Nord-Serpens-regionen er en ekstremt ung refleksjonståkemed en anslått alder på mellom én og to millioner år. Astronomisk sett er dette praktisk talt et øyeblikk: Solen er for eksempel omtrent 4.600 milliarder år gammel.
Siden den er i et så tidlig stadium, er mange av stjernene den inneholder fortsatt protostjerner innhyllet i gass og støvog deres protoplanetariske skiver er i ferd med å dannes. Noen av dem kan nå masser som ligner på solens, mens andre vil forbli i rekkevidden til stjerner med lav masse eller til og med brune dverger.
Webb-bildet viser hvordan støvet, i noen områder, befinner seg foran det reflekterte stjernelyset, og skaper en diffus oransje glødDette indikerer at vi fortsetter å se overlappende, ugjennomsiktige strukturer, noe som gjør tolkningen av scenen mer kompleks, men som også gir ledetråder om fordelingen av materiale i 3D.
Denne tåken fungerer som et utmerket testmiljø for å studere hvordan hvordan magnetfeltene er organisert, hvordan skivene er justert og hvordan strålene utløses i en populasjon av stjerner født fra den samme moderskyen. Hver av disse glødende jetstrålene og filamentene er en markør for regionens interne dynamikk.
Det er forventet at mange av disse unge stjernene over tid vil rense omgivelsene sine for gass og støv, og refleksjonståken vil forsvinne. Det som da vil være igjen vil være en ung stjernehope, med stjerner som allerede er dannet og muligens er i utvikling planetsystemer, noe som ligner på det som kan ha skjedd i miljøet der vårt eget solsystem ble dannet.
Fra støv til livets kjemi: neste steg med Webb
De fantastiske bildene av Slangetåken er bare begynnelsen. Det neste målet er å bruke Webbs NIRSpec nær-infrarøde spektrograf til å å analysere i detalj den kjemiske sammensetningen av disse mørke absorpsjonsskyene, dannet av molekylær gass og interstellart støv.
Fokuset er på samtalene flyktige stoffer, forbindelser som sublimerer ved relativt lave temperaturerSom frossent vann i universetKarbondioksid, metan og diverse organiske molekyler er eksempler på slike forbindelser. Å forstå hvordan disse forbindelsene overlever prosessen med stjerne- og planetdannelse er nøkkelen til å rekonstruere den kjemiske historien til planetsystemer.
Ved å observere mengden og fordelingen av disse molekylene i protostjerner rett før de deres protoplanetære skiver dannesAstronomer håper å finne ut om forholdene som ga opphav til solsystemet vårt er vanlige eller snarere eksepsjonelle i galaksen.
Denne typen studier vil gjøre det mulig å etablere forbindelser mellom kalde molekylære skyer, stjernedannende regioner som Slangetåken og den endelige sammensetningen av kometer, planeter og atmosfærer i unge planetsystemer. Hvert spektrum som Webb får er et slags «fingeravtrykk» av kjemien som er tilstede i disse miljøene.
Til syvende og sist hjelper det oss å svare på grunnleggende spørsmål når vi vet hvor vanlige visse forbindelser, som vann eller komplekse organiske molekyler, er: Hva er sjansene for at beboelige planeter dannes, og hvem vet, liv i andre hjørner av galaksen?.
Hele denne reisen, fra Mørke slanger fra Barnard 72 og 228 til de justerte utstrømningene ved Serpens North og kjemien avslørt av WebbDen viser hvordan bildet av en enkel «tåkete slange» i astronomien faktisk er toppen av isfjellet av fascinerende fysiske og kjemiske prosesser som former Melkeveien akkurat nå.
