• Sunday June 16,2019

Bruciato

Anonim

Il tempo, anche il tempo astronomico, è fatto di momenti. L'universo è iniziato in un momento intorno a 13, 7 miliardi di anni fa. Il sole nacque in un momento circa 4, 6 miliardi di anni fa, quando gli atomi di idrogeno iniziarono a fondersi in elio. In un altro momento, tra 5 miliardi di anni, il sole esaurirà il suo carburante e inizierà una morte lenta. Da qualche parte nella galassia della Via Lattea, una stella come il nostro sole muore all'incirca ogni mese. Quando ciò accade, espira brevemente uno sbuffo di gas straordinariamente bello e complesso, noto come una nebulosa planetaria.

Al centro della nebulosa Red Spider si trova una nana bianca che è quasi 1 milione di gradi Fahrenheit. Un vento di atomi frammentati soffia via a milioni di miglia all'ora. Questa stella è un cadavere recente: il gas circostante, fluorescente e che ondeggiava in onde, era una volta l'atmosfera della stella, ma fu scartato quando le reazioni di fusione si fermarono nel suo nucleo. La forma di ragno della nebulosa è un'illusione prospettica. "La struttura tridimensionale è in qualche modo simile a una clessidra", afferma l'astronomo Garrett Mellema dell'Università di Leida nei Paesi Bassi.

Immagine gentilmente concessa dall'ESA

Il termine è un termine improprio: osservando un numero di oggetti vagamente tondi e simili a nuvole nel cielo durante la fine del XVIII secolo, Sir William Herschel pensò che assomigliasse a pianeti deboli. Le nebulose planetarie sono il destino inevitabile delle stelle run-of-the-mill che rappresentano oltre il 90 per cento della popolazione della Via Lattea. Stelle più di otto volte più grandi di quelle del nostro sole che esplodono come supernovae brillanti, ma tali eventi accadono solo poche volte un secolo nella nostra galassia. Le nebulose planetarie sono i 15 minuti di fama concessi alle stelle minori.

Per gentile concessione di NRAO / AUI / NSF

Per gentile concessione della NASA / Hubble / STScI / Aura

Per gentile concessione della NASA / ESA / Hubble

Per gentile concessione della NASA / Hubble / STScI / Aura

Per gentile concessione della NASA / Hubble / STScI / Aura

The Garden Sprinkler (al centro) è una stella che invecchia, non ancora una nana bianca, che sta disperdendo la sua atmosfera in getti pulsanti, come gli archi di acqua che si librano nell'aria mentre un annaffiatoio volteggia. K3-35, vista come immagine radio (in alto a sinistra), ha anche getti di gas precessori. L'oscura "patty" nell'hamburger di Gomez (in alto a destra) è un disco di polvere che nasconde una stella morente; il "panino" è polvere che riflette la luce della stella nascosta. Nella nebulosa Egg (in basso a destra), i getti ad alta velocità della stella centrale hanno attraversato un altro bozzolo di polvere simile a un disco. La nebulosa Calabash (in basso a sinistra), illustra cosa accade quando i venti ad alta velocità del gas stellare (giallo) creano onde d'urto mentre si insinuano nelle nubi dell'idrogeno interstellare e dell'azoto (blu).

Si pensava a lungo che la morte di una stella simile al sole fosse un processo delicato e ordinato, ogni stella più o meno la stessa. Ma nell'ultimo decennio, il Telescopio Spaziale Hubble, insieme a un gruppo di potenti nuovi osservatori sul terreno, ha permesso agli astronomi di vedere questo stadio morente con nuova comprensione. "Con Hubble, siamo stati in grado di vedere cose che semplicemente non potevamo vedere prima", afferma C. Robert O 'Dell della Vanderbilt University, che come scienziato del progetto ha supervisionato la costruzione del telescopio spaziale e ha osservato molte nebulose con esso da allora.

Quando una stella esaurisce il carburante a idrogeno nel suo centro, il nucleo si contrae e si riscalda, gonfiando la stella in un gigantesco gigante rosso. Il sole, in questa fase, raggiungerà oltre l'orbita di Venere e potrebbe benissimo inghiottire la Terra. Nel frattempo, il nucleo diventa caldo e abbastanza denso da fondere elio, un combustibile fluttuante. La stella inizia a pulsare minacciosamente. E nei prossimi centomila anni, soffia la maggior parte della sua atmosfera nello spazio come tanti anelli di fumo. Ciò che rimane dietro è un nucleo quasi nudo di carbonio e ossigeno, che collassa per formare una stella nana bianca, grosso modo la dimensione della Terra ma 100.000 volte più densa.

Il nano non è abbastanza caldo da fondere carbonio o ossigeno, quindi non brucia più come una stella, ma per un periodo è ancora abbastanza caldo - più di 50.000 gradi Fahrenheit - per espellere i resti della sua atmosfera e per far saltare tutto ciò gas partito con luce ultravioletta. I raggi ultravioletti triturano le molecole e gli atomi nell'atmosfera soffiata, e questo fa sì che il gas si illumini brillantemente. Quel bagliore è ciò che vediamo come una nebulosa planetaria.

Di tutti i diritti, una tale nebulosa dovrebbe essere sferica, come la stella originale stessa. Alcuni sono: Abell 39, per esempio. Ma guardate alcune delle foto fatte con Hubble negli ultimi dieci anni e semplici, fumanti anelli di gas non è ciò che vedete. Vedi un hamburger e un irrigatore da giardino. Vedi una farfalla e una formica. E all'interno di alcune delle nebulose - l'elica o l'eschimese, diciamo - si vedono strani nodi e ciuffi di gas che sembrano comete che si tuffano verso la stella. Un paio di studenti di lunga data delle nebulose planetarie, Bruce Balick dell'Università di Washington e Adam Frank dell'Università di Rochester, hanno recentemente riassunto l'impatto delle immagini di Hubble. "Ogni nuova immagine è stata accolta con una combinazione di piacere estetico e apprensione interpretativa, se non terrore", hanno scritto. I ricercatori che pensavano di aver scoperto queste nebulose scoprirono quanto poco sapessero.

Per gentile concessione della NASA / Hubble / STScI / Aura

Menzel sembra come due comete che si scontrano o come la testa e il torace di una formica - da qui il soprannome, la nebulosa Ant - ma gli astronomi dicono che sono davvero due bolle di gas che si espandono lontano da una fonte centrale. Ogni bolla ha all'incirca 40.000 distanze tra la Terra e il Sole, o 3, 7 trilioni di miglia, lunghe. La macchia bianca al centro potrebbe essere due stelle bloccate in un'orbita stretta. Uno è probabilmente un gigante rosso che sta ancora soffiando la sua atmosfera; l'altro è molto probabilmente un nano bianco che ruba gas dal suo compagno gigante e illumina la nebulosa circostante. E in qualche modo, due getti di gas stretti stanno fluendo da questo sistema binario a 200-300 miglia al secondo o più, sbattendo in nuvole più vecchie, che si muovono più lentamente. Il gas scioccato emette raggi X che l'astronomo Joel Kastner ha recentemente rilevato utilizzando l'Osservatorio a raggi X Chandra orbitante. I getti sembrano gonfiare le bolle, che hanno solo un millennio, un momento celeste. "Qualcosa è accaduto di recente che ha causato l'emergere dei getti", dice Kastner. Ma ciò che esattamente quel qualcosa potrebbe essere è nascosto nella macchia bianca .

Mentre Balick e Frank continuano a lottare con quello che stanno vedendo, una cosa è diventata chiara su come le stelle muoiono: molte persone perfettamente ordinarie non vanno dolcemente. Mentre si avvicinano alla fine della loro vita, tornano al comportamento aggressivo che hanno mostrato miliardi di anni prima nella loro vigorosa giovinezza. Emettono getti concentrati di gas che viaggiano a centinaia di miglia al secondo. Questi getti raggiungono il fumo delle stelle che si sposta pigramente e lo fanno cadere, il che può aiutare a spiegare le strane forme.

Per gentile concessione di Matt Bobrowsky /

Orbital Sciences Corp / NASA

vedi sotto per credito fotografico

Per gentile concessione della NASA / ESA /

Hubble / STScI / Aura

La nebulosa Stingray (a sinistra) è ancora più giovane della formica; la sua stella centrale è diventata abbastanza calda da illuminare il gas circostante e renderlo visibile solo negli ultimi 25 anni. La stella centrale nella Nebulosa Planetaria Lampeggiante (al centro) sta disperdendo ammassi di gas misteriosamente luminosi, che si illuminano di rosso. The Little Ghost (a destra) è una nebulosa planetaria più classica: la sua ciambella è l'anello di gas stellare in costante espansione che è stato ionizzato e rischiarato dalla luce ultravioletta proveniente dalla nana bianca centrale. (foto di cortesia di Bruce Balick (Università di Washington), Jason Alexander (Università di Washington), Arsen Hajian (US Naval Observatory), Yervant Terzian (Cornell University), Mario Perinotto (Università di Firenze, Italia), Patrizio Patriarchi (Arcetri Osservatorio, Italia) e NASA)

Per gentile concessione della NASA / ESA /

Hubble / STScI / Aura

Per gentile concessione della NASA / ESA /

Hubble / STScI / Aura

Per gentile concessione della NASA / ESA /

Hubble / STScI / Aura

La nebulosa Spirograph (a sinistra) contiene enigmatici filamenti interni. Allo stesso modo, la nebulosa Retina (al centro), che ha la forma di una ciambella vista di lato, presenta polvere e gas che assorbono la luce che sono stati trascinati in vicoli densi e bui, visti stagliati contro la ciambella in espansione del gas ionizzato. La nebulosa eschimese (a destra) è più antica della retina, afferma l'astronomo C. Robert O 'Dell. Qui, le luminose corsie arancioni sono state tagliate via dalle radiazioni ultraviolette della stella, trasformandole in nodi con code cometili.

Quelle cose che sembrano bracci di metallo curvo nel Garden Sprinkler sono getti di gas pulsanti, emessi da una sorta di ugello vicino alla stella centrale che oscilla come l'asse di una cima, dice Angels Riera dell'Università Politecnica della Catalogna in Spagna. I getti di un'altra nebulosa, K3-35, sono così potenti, riferisce Luis Miranda dell'Istituto astrofisico spagnolo dell'Andalusia, che stanno schiacciando nuvole di vapore acqueo alle loro punte, a 450 miliardi di miglia dalla stella, e causando l'acqua emettere raggi laser delle microonde come se fossero mase. Mascheratori d'acqua allineano anche i jet che Hiroshi Imai dell'Istituto congiunto per l'interferometria di base molto lunga in Europa ha fatto riferimento a W43A, un gigante rosso che sembra essere sul punto di perdere la sua atmosfera. Nella nebulosa Ant, Joel Kastner, un giovane astronomo del Rochester Institute of Technology, ei suoi collaboratori hanno mappato quelli che sembrano essere dei getti emettitori di raggi X che si estendono dal centro della nebulosa alla punta dei suoi lobi bizzarri e luminosi . "Sembra che stiamo vedendo gli ugelli che gonfiano le due bolle", dice Kastner.

Gli ugelli stessi sono nascosti nella luminosa blob centrale della nebulosa. Qualunque cosa stia creando i jet, sono troppo piccoli perché anche Hubble lo capisca. Il dibattito infuria sulla loro natura. Una possibilità è che la stella centrale sia realmente due stelle, una che succhia un disco equatoriale di materia dall'altra, forse una nana bianca che ruba da un gigante rosso gonfio. Mentre lo spazio attorno all'equatore diventa sovraffollato, altre cose vomitate dal gigante morente tendono a essere incanalate in getti lungo l'asse polare. Un'altra possibilità è che la stella centrale abbia un potente campo magnetico che si trasforma in fumaiolo polare mentre l'interno della stella gorgoglia in superficie e diventa esposto. Sono anche possibili combinazioni dei due meccanismi.

Abell 39 è un'antica nebulosa planetaria che si sta diffondendo da migliaia di anni. Ora si estende per sei anni luce. Qualunque violenza che conosceva nei suoi primi anni è stata a lungo dimenticata. La nuvola è così diffusa che le galassie lontane possono essere viste attraverso di essa. Gli astronomi una volta avrebbero definito l'ordinato e sferico Abell 39 un esempio da manuale di una nebulosa planetaria, ma il Telescopio Spaziale Hubble ha costretto gli scienziati a riscrivere i libri di testo.

Per gentile concessione di WIYN / NOAO / NSF

Per O 'Dell, che ha osservato le nebulose planetarie da più di 40 anni, tutte quelle belle forme sono un diversivo confondente. "Sono eccessivamente affascinanti", dice. "Hanno una tale ricchezza di dettagli. Possiamo sperare di capire le caratteristiche grossolane, ma meglio le osserviamo, più sembra che ci sia una serie infinita di problemi sempre più sottili. La sfida diventa quella di distinguere quelle importanti. "Ammette di essere stato affascinato dai sottili nodi a forma di cometa osservati di recente all'interno della nebulosa Helix: sono ammassi di gas molecolare che sono sfuggiti a essere ionizzati dall'esplosione ultravioletta della stella - ma solo perché si riferiscono al quadro generale. Quelle chiazze di stelline morte potrebbero sopravvivere intatte e diventare parte della prossima generazione di stelle. "È una situazione ecologica", afferma Dell.

Per gentile concessione della NASA / Hubble / STScI

Per gentile concessione della NASA / NOA / Hubble / STScI / NRAO

Per gentile concessione della NASA / NOA / Hubble / STScI / NRAO

La nebulosa Helix (in alto), così vicina alla Terra, può essere vista con un binocolo, mostra uno stadio avanzato dell'evoluzione dei nodi cometari presenti in alcune nebulose planetarie. I nodi, chiaramente mostrati nei primi piani di Hubble (in basso a sinistra e a destra), sono grumi di polvere e gas molecolare così densi che le radiazioni energetiche della stella sono passate senza distruggerle. Uno tipico è più grande del nostro sistema solare e pesa tanto quanto la Terra. "Quello che stiamo cercando di capire è se sopravviveranno", dice l'astronomo C. Robert O 'Dell. Se lo faranno, molto probabilmente i nodi diventeranno parte di un tipo di nebulosa molto diverso, chiamato una nube molecolare gigante, che alla fine darà vita a una nuova generazione di stelle .

L'ecologia è importante, ma lo sono anche le vite degli individui. Il quadro generale è importante, ma lo sono anche i dettagli. Negli affari stellari, come in quelli umani, aiutano a rendere il quadro generale interessante. La nebulosa planetaria che Miranda ha osservato, K3-35, può o non può rivelare un principio generale di morte delle stelle, ma calcola che è nato non più di 20 anni fa. Nelle nebulose planetarie, la scala cronologica dei momenti astronomici si interseca con il tempo di quelli umani. "Probabilmente questi jet spariranno nella mia vita", dice Imai, che ha 32 anni, parla di W43A, che potrebbe diventare una nebulosa planetaria da un giorno all'altro. "Se non continuiamo ad osservarlo, ci mancherà quel momento speciale."


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