蝴蝶星云是如何长出翅膀的

行星状星云是在红巨星耗尽氦燃料时排出最外层时形成的——变成炽热、致密的白矮星，其大小与地球大致相当。脱落的富含碳的物质在被轻轻吹入星际介质时会形成令人眼花缭乱的图案。

大多数行星状星云大致呈圆形，但也有一些呈沙漏状或翼状，如名副其实的“蝴蝶星云”。这些形状很可能是由围绕星云“母星”的第二颗恒星的引力牵引形成的，导致物质膨胀成一对星云瓣或“翅膀”。就像膨胀的气球一样，翅膀会随着时间的推移而增长，而不会改变它们原来的形状。

然而，新的研究表明，蝴蝶星云有些不对劲。当华盛顿大学天文学家领导的一个团队比较哈勃太空望远镜在 2009 年和 2020 年拍摄的两次蝴蝶星云曝光时，他们看到了翅膀内物质的巨大变化。正如他们将于 1 月 12 日在西雅图举行的美国天文学会第 241 次会议上报告的那样，强风正在推动星云翼内物质的复杂变化。他们想了解这样的活动是如何从一颗“没有剩余燃料的溅射，基本上垂死的恒星”中产生的。

“蝴蝶星云在质量、速度和从中心恒星喷射的复杂性方面是极端的，中心恒星的温度比太阳高 200 多倍，但只比地球略大，”团队负责人布鲁斯·巴利克 (Bruce Balick) 说，他是华盛顿大学的一名研究人员。天文学名誉教授。“多年来我一直在比较哈勃图像，但我从未见过像这样的东西。”

该团队比较了相隔 11 年拍摄的高质量哈勃图像，以绘制星云翼内特征的速度和生长模式。大部分分析由丹麦奥胡斯大学的研究生 Lars Borchert 完成，他作为威斯康星大学的本科生参与了这项研究。

Borchert 发现了大约六个“喷流”——从大约 2300 年前开始到 900 年前结束——以一系列不对称的流出形式将物质推出。星云外部的物质以每秒约 500 英里的速度快速移动，而靠近隐藏的中央恒星的物质膨胀得更慢，约为该速度的十分之一。射流的路径相互交叉，在机翼内形成“杂乱”的结构和生长模式。

Balick 表示，使用现有的行星状星云形成和演化模型很难解释星云的多极和快速变化的内部结构。星云中心的恒星被尘埃和碎片所隐藏，它可能与伴星合并或从附近的恒星吸取物质，从而产生复杂的磁场并产生喷流。

“在这一点上，这些都只是假设，”巴利克说。“这向我们展示的是，当行星状星云形成时，我们并不完全了解整个成形过程。下一步是使用詹姆斯·韦伯太空望远镜对星云中心成像，因为来自恒星的红外光可以穿透穿过尘土。”

像我们的太阳这样的恒星有一天会膨胀成一颗红巨星并形成行星状星云，将碳和其他相对较重的元素排入星际介质，在遥远的未来形成恒星系统和行星。这项新研究，以及其他对行星状星云的“延时”分析，不仅可以帮助说明未来恒星系统的材料将如何形成，还可以帮助说明我们自己绿洲的基石是如何产生和聚集数十亿的几年前。

“这是一个在我们的宇宙中一遍又一遍地发生的创世故事，”巴利克说。“塑造过程提供了对恒星活动的历史和影响的关键洞察力。”

其他团队成员包括罗切斯特理工学院的乔尔卡斯特纳和罗切斯特大学的亚当弗兰克。