3D-simuleringar kastar nytt ljus över planetariska nebulosors olikheter
Med hjälp av 3D-spiralmönster har forskare lyckats återskapa bildandet av nebulosor. Simuleringarna ger ny insikt i strålar och binära stjärnors inverkan på dessa gasmoln.
Kollage av olika planetariska nebulosor som återges med verkliga storleksskillnader sinsemellan. Färgerna nya, men formerna är korrekt återgivna.
Du har säkert sett bilder av dem – planetariska nebulosor. Dessa vackra färgbubblor som framför allt Hubble-teleskopet under årtionden har skickat bilder av till jorden.
Planetariska nebulosor har fått sitt något missvisande namn från observationer på 1700-talet, då nebulosorna såg ut som enorma planeter genom de små, optiska teleskopen.
Planetariska nebulosor är egentligen gasmoln från kollapsade röda jättar och har därmed inte så mycket att göra med planeter.
Däremot är varje enskilt nebulosamönster unikt och astronomer har länge undrat exakt hur de uppstår.
Nu har en grupp spanska och mexikanska astronomer vid Institute of Nuclear Science vid Universidad Nacional Autonoma de Mexico skapat simuleringar som kan föra oss närmare svaret.
I en artikel, som för närvarande fackgranskas, på forskningsplattformen arXiv har de skapat ett antal 3D-simuleringar av planetariska nebulosor för att förstå hur de kan skapas i så många olika mönster.
Rester av gas från stjärna
När en stjärna har använt upp allt väte i sin kärna, fusionerar dess helium så att den sväller upp till en röd jätte, innan det sista heliumet också har förbrukats och den blir till en vit dvärgstjärna.
I denna process har stjärnan kastat ut en stor del av sin materia i gasform, som skapar den planetariska nebulosan som lyser till följd av strålningen från den vita dvärgstjärnan.
De här bilderna av planetariska nebulosor illustrerar olikheterna i deras former. De är kombinerade bilder från Hubble-teleskopet och Chandra X-Ray Observatory.
De färgbilder vi tar emot på jorden är dock inte de färger vi kan se med blotta ögat om vi tittar ut i rymden. Speciella teleskop kan fånga upp färgerna, som sedan förstärks artificiellt så att vi kan se dem.
I den publicerade forskningsartikeln är det dock inte färgerna som är intressanta, utan formerna. Forskarna har undersökt några av anledningarna till att nebulosor är så olika och hur binära stjärnor påverkar deras form.
Många stjärnor har ofta en binär ledsagare – det vill säga en extra stjärna i gravitation med den andra stjärnan. När någon av stjärnorna blir en planetarisk nebulosa, så hjälper den binära stjärnan till att forma nebulosan.
Planetarisk nebulosa simuleras
Det är denna effekt som forskarna har återskapat i dina simuleringar.
De har närmare bestämt tittat på 3D-spiralmönster i en planetarisk nebulosa, som fortfarande är i färd med att hitta sin form.
Forskarna har skapat 3D-spiralmönstren i datorsimuleringar för att återskapa de fysiska förhållandena under bildandet av en planetarisk nebulosa. Nebulosan får sin ringform när en binär stjärna påverkar gasens form under en 558 år lång bana. Påverkan visas i intervaller på 100 år.
För att återskapa de planetariska nebulosorna använde forskarna så kallade 3D-strålnings-hydrodynamiska simuleringar, som kunde återskapa 3D-spiralmönster.
Genom att återskapa de fysiska förhållandena som finns i binära stjärnors gravitationsförhållande till varandra med de reaktioner som materian i en planetarisk nebulosa har under de förhållandena, kunde de undersöka tillblivelsen.
Därefter jämförde de simuleringarna med tidigare observationer för att se om de stämde överens – och det gjorde de.
Deras resultat visade att den binära ledsagarens omloppsperiod har en kraftfull effekt på nebulosans form. Ledsagaren påverkar spiralerna i nebulosan och gör den ringformad.
Men forskarna observerade också att strålar, även kallade "jets", från den vita dvärgen i den planetariska nebulosans inre förstärker och sträcker ut spiralerna.
Resultaten stödjer därmed tidigare hypoteser och de utgör det närmaste vi i dagsläget kommer att observera verkliga uppkomster av planetariska nebulosor.