Idealny niebieski pierścień na czarnym niebie i jasny punkt w środku. Astronomowie uchwycili mgławicę, która udaje zaćmienie.
NASA regularnie publikuje w serii Astronomy Picture of the Day obrazy, które bardziej przypominają twór zręcznego grafika, niż surowe dane z teleskopów. Shapley 1 należy właśnie do tej kategorii. Na ciemnym tle usianym gwiazdami widzimy niemal doskonały niebieskawy okrąg. W samym środku błyszczy punkt, jak maleńka planeta przechodząca na tle większego ciała.
Nic więc dziwnego, iż pierwsze skojarzenie jest bardzo ziemskie: Księżyc pożerający Merkurego, egzotyczne zaćmienie albo kosmiczne oko, które zerka prosto w obiektyw. Mózg próbuje dopasować widok do znanych obrazów z Układu Słonecznego. Tymczasem skala zjawiska jest nieporównywalna.
Shapley 1 znajduje się w południowej konstelacji Węgielnicy, mniej więcej 1000 lat świetlnych od Ziemi. Ten z pozoru niewielki pierścień ma średnicę rzędu roku świetlnego, a więc odległości, którą światło pokonuje w ciągu 12 mies. To tak naprawdę ogromna bańka gazu zawieszona w pustce.
Co tak naprawdę widzimy? Śmierć gwiazdy podobnej do Słońca
Shapley 1 to tzw. mgławica planetarna. Nazwa jest myląca, bo z planetami nie ma wiele wspólnego. Termin powstał w XIX w., kiedy astronomowie przez niewielkie teleskopy widzieli takie obiekty jako rozmyte krążki, trochę podobne do tarczy planety. Dziś wiemy, iż mgławice planetarne są ostatnim aktem życia gwiazd mniej więcej takich jak nasze Słońce.
Kiedy w jądrze zaczyna brakować paliwa, gwiazda puchnie do rozmiarów czerwonego olbrzyma. Zewnętrzne warstwy są coraz luźniej związane grawitacją i w końcu zostają odrzucone w przestrzeń. To tak, jakby gwiazda gwałtownie zrzuciła swoją atmosferę.
W środku zostaje małe, niezwykle gęste jądro, czyli biały karzeł. To właśnie on, razem z towarzyszącą mu gwiazdą, świeci jako jasny punkt pośrodku pierścienia. Jądro wciąż emituje ogromne ilości promieniowania ultrafioletowego, które świeżo wyrzucony gaz wzbudza i rozgrzewa.
Skład chemiczny tych warstw sprawia, iż konkretne pierwiastki świecą wyraźnymi kolorami. W przypadku Shapley 1 dominują linie tlenu, dlatego na zdjęciu widzimy delikatną, niebieskawą poświatę.
Dla Ziemi to scenariusz na daleką przyszłość. Za kilka miliardów lat Słońce także przejdzie przez fazę czerwonego olbrzyma, trawiąc najbliższe planety i wyrzucając gazową otoczkę. Z zewnątrz nasz Układ Słoneczny może wtedy wyglądać bardzo podobnie: świecący pierścień z malutkim, białym punkcikiem w środku.
Skąd ta idealna obręcz?
Większość mgławic planetarnych jest powykręcana, często przypomina motyle, klepsydry albo nieregularne chmury. Shapley 1 wyróżnia się niezwykłą symetrią. To niemal perfekcyjna obręcz. Astronomowie podejrzewają, iż za ten porządek odpowiada układ podwójny w centrum.
W środku nie znajduje się więc pojedyncza gwiazda, ale para ściśle związanych obiektów: biały karzeł i drugi, zwykły już towarzysz. Wspólny środek masy krąży jak koziołkowanie dwóch tancerzy, a okres ich orbitalnego tańca to zaledwie 2,9 dnia. Taka bliska orbita mogła w przeszłości silnie modelować przepływ materii podczas zrzucania otoczki. Zamiast chaotycznego wyrzutu we wszystkie strony, powstał uporządkowany torus, czyli pierścień materii.
My akurat mamy to szczęście patrzeć niemal idealnie od góry, jak na obręcz koła. Gdybyśmy zobaczyli Shapley 1 z boku, mgławica mogłaby przypominać beczkę albo podwójną bańkę materii. Wiele innych znanych obiektów tego typu to właśnie takie pierścienie oglądane pod innym kątem. Shapley 1 jest więc nie tylko pięknym zdjęciem, ale także kosmiczną demonstracją geometrii w praktyce.
Kosmiczny megalaser z tlenu
Na zdjęciu opublikowanym przez NASA zdjęciu Shapley 1 widać delikatne, warstwowe struktury pierścienia. To efekt zarówno fizyki gazu, jak i sprytnej pracy astronomów. Poszczególne części mgławicy świecą w bardzo konkretnych długościach fali, niczym neonowe lampy nastawione na pojedynczy kolor.
Co ważne, tlen, azot czy wodór w rozgrzanym gazie emitują promieniowanie tylko w wybranych liniach widma. Teleskopy, które fotografują takie obiekty, korzystają z wąskopasmowych filtrów. Każdy z nich przepuszcza tylko jedną konkretną barwę, dzięki czemu naukowcy mogą złożyć obraz jak puzzle: osobno z tlenu, osobno z wodoru, osobno z innych pierwiastków.
W efekcie otrzymujemy mapę chemii i temperatury. Z grubości i jasności pierścienia można wyliczyć, jak gwałtownie gaz się rozszerza i ile mniej więcej lat temu gwiazda zaczęła gubić swoje zewnętrzne warstwy. W przypadku Shapley 1 mówimy o kilku tysiącach lat – w skali kosmicznej to świeży, ledwie co rozpalony fajerwerk.
