Astronomowie odkryli zaskakującą i dotąd nieznaną strukturę we wnętrzu jednej z najbardziej rozpoznawalnych mgławic na nocnym niebie. Międzynarodowy zespół badaczy kierowany przez naukowców z University College London oraz Uniwersytetu w Cardiff zidentyfikował w Mgławicy Pierścień (Ring Nebula) wąską, podłużną chmurę zjonizowanego żelaza. Odkrycie to pokazuje, że nawet obiekty badane od setek lat wciąż potrafią skrywać tajemnice.
Mgławica Pierścień, położona w gwiazdozbiorze Lutni, została po raz pierwszy opisana w 1779 roku przez Charlesa Messiera. Jest to przykład klasycznej mgławicy planetarnej – świecącej powłoki gazu wyrzuconej przez gwiazdę podobną do Słońca w końcowej fazie jej życia. Gdy paliwo jądrowe w jądrze gwiazdy się wyczerpuje, jej zewnętrzne warstwy zostają odrzucone w przestrzeń kosmiczną, tworząc barwną, rozszerzającą się strukturę. Za kilka miliardów lat podobny los czeka również nasze Słońce.
Nowo odkryta struktura ma postać wąskiego pasa lub belki/poprzeczki złożonej z atomów żelaza pozbawionych części elektronów. Rozciąga się ona wewnątrz eliptycznej, wewnętrznej warstwy mgławicy i idealnie mieści się w jej znanym z licznych fotografii kształcie. Skala tego obiektu jest imponująca: jego długość odpowiada około pięciuset promieniom orbity Plutona, a całkowita masa zawartego w nim żelaza jest porównywalna z masą Marsa.
Kluczem do odkrycia okazały się nowe możliwości obserwacyjne. Dane uzyskano za pomocą instrumentu WEAVE (WHT Enhanced Area Velocity Explorer), zainstalowanego na 4,2-metrowym teleskopie Williama Herschela na Wyspach Kanaryjskich. W trybie Large Integral Field Unit instrument ten wykorzystuje setki światłowodów do jednoczesnego zbierania światła z całej powierzchni mgławicy. Pozwoliło to po raz pierwszy uzyskać ciągłe widma optyczne dla każdego punktu obiektu i zrekonstruować jego skład chemiczny z wyjątkową dokładnością.
Podczas analizy danych badacze mogli tworzyć obrazy mgławicy na dowolnej długości fali. Właśnie wtedy, przeglądając kolejne mapy widmowe, zauważyli wyraźnie wyróżniający się pas zjonizowanego żelaza, wcześniej całkowicie nieznany, mimo wieloletnich obserwacji Mgławicy Pierścień przy użyciu innych teleskopów, w tym Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
Pochodzenie żelaznej „poprzeczki” pozostaje na razie zagadką. Jedna z hipotez zakłada, że struktura ta jest śladem złożonego procesu wyrzucania materii przez umierającą gwiazdę i może dostarczyć nowych informacji o dynamice tego etapu ewolucji. Bardziej śmiała interpretacja sugeruje, że żelazo mogło powstać w wyniku odparowania skalistej planety, która znalazła się zbyt blisko gwiazdy w czasie jej wcześniejszego rozszerzania się, tworząc łuk lub pas gorącej plazmy bogatej w metale.
Aby rozstrzygnąć, który z tych procesów odpowiada za powstanie tej konkretnej poprzeczki, konieczne są dalsze badania. Szczególnie istotne będzie sprawdzenie, czy wraz z żelazem występują inne pierwiastki chemiczne, co pozwoliłoby lepiej dopasować modele teoretyczne. Zespół planuje kolejne obserwacje z użyciem instrumentu WEAVE przy wyższej rozdzielczości widmowej.
W ciągu najbliższych pięciu lat WEAVE przeprowadzi osiem dużych przeglądów nieba, obejmujących obiekty od pobliskich białych karłów po bardzo odległe galaktyki. Jedna z części programu koncentruje się na badaniu gwiazd oraz materii międzygwiazdowej i obejmie liczne mgławice planetarne w północnej części Drogi Mlecznej. Naukowcy przypuszczają, że podobne struktury żelazne mogą występować także w innych mgławicach, a ich odkrycie pomoże lepiej zrozumieć pochodzenie i dystrybucję ciężkich pierwiastków w końcowych etapach życia gwiazd.
Nieoczekiwane znalezisko w Mgławicy Pierścień jest również pokazem możliwości nowoczesnej aparatury obserwacyjnej. Dowodzi, że nawet najbardziej znane obiekty astronomiczne mogą ujawnić zupełnie nowe oblicze, gdy spojrzymy na nie w nowy sposób.