Planetaire nevels zijn expanderende gasschalen die aan het einde van hun levensduur door zonachtige sterren worden uitgestoten. Zonachtige sterren brengen het grootste deel van hun leven waterstof door tot helium. Aan het einde van deze waterstoffusiefase vergroten deze sterren hun diameter met ongeveer een factor 100 en worden ze "rode reuzensterren". Aan het einde van de rode reuzenfase worden de buitenste lagen van de ster weggeblazen. Het uitgestoten gas zet zich verder uit vanuit de overgebleven centrale ster, die later uitgroeit tot een "witte dwerg" wanneer alle kernfusie is opgehouden. Astronomen geloven dat er zich een planetaire nevel vormt wanneer een snelle stellaire wind die afkomstig is van de centrale ster een langzamere wind vangt die eerder werd geproduceerd toen de ster de meeste van zijn buitenste lagen uitwierp. Op de grens tussen de twee winden treedt een schok op die de zichtbare dichte schil produceert die kenmerkend is voor planetaire nevels. De gashuls wordt opgewonden en verlicht door het licht van de hete centrale ster. Het licht van de centrale ster kan de planetaire nevel ongeveer 10.000 jaar lang verlichten.
De waargenomen vormen van planetaire nevels zijn erg raadselachtig: de meeste (ongeveer 80%) zijn bipolair of elliptisch in plaats van sferisch symmetrisch. Deze complexiteit heeft geleid tot prachtige en verbluffende beelden verkregen met moderne telescopen. De onderstaande afbeeldingen vergelijken planetaire nevels met bipolaire (links) en bolvormige (rechts) vormen.
De reden waarom de meeste planetaire nevels niet bolvormig zijn, wordt niet goed begrepen. Tot dusver zijn verschillende hypothesen overwogen. Een van hen suggereert dat de vreemde vormen van planetaire nevels het gevolg kunnen zijn van een centrifugaal effect dat het gevolg is van de snelle rotatie van rode reuzen. Een andere theorie is dat de symmetrie van de wind van de ster kan worden beïnvloed door een begeleidende ster. De meest recente en overtuigende theorieën die de vormen van de nevels verklaren, hebben echter betrekking op magnetische velden.
De aanwezigheid van magnetische velden zou de ingewikkelde vormen van planetaire nevels mooi verklaren, aangezien de uitgestoten materie vastzit langs magnetische veldlijnen. Dit kan worden vergeleken met ijzervijlsel dat is opgesloten langs de veldlijnen van een staafmagneet - een klassieke demonstratie in natuurkundeklassen op de middelbare school. Omdat sterke magnetische velden aan het oppervlak van de ster ook druk uitoefenen op het gas, kan materie de ster gemakkelijker achterlaten bij de magnetische polen waar het magnetische veld het sterkst is.
Er zijn verschillende manieren waarop magnetische velden kunnen worden gecreëerd in de buurt van planetaire nevels. Magnetische velden kunnen worden geproduceerd door een stellaire dynamo tijdens de fase waarin de nevel wordt uitgeworpen. Om een dynamo te laten bestaan, moet de kern van de ster sneller draaien dan de envelop (zoals het geval is bij de zon). Het is ook mogelijk dat de magnetische velden fossiele overblijfselen zijn van eerdere stadia van stellaire evolutie. In de meeste gevallen is de materie in sterren zo sterk elektrisch geleidend dat magnetische velden miljoenen of miljarden jaren kunnen overleven. Beide mechanismen, gecombineerd met de interactie van de uitgestoten materie met het omringende interstellaire gas, zouden de planetaire nevels kunnen vormen.
Tot voor kort was het idee dat magnetische velden een belangrijk ingrediënt zijn in de vormgeving van planetaire nevels een puur theoretische claim. In 2002 werden de eerste aanwijzingen voor de aanwezigheid van dergelijke magnetische velden gevonden. Radio-waarnemingen onthulden magnetische velden in circumstellaire enveloppen van reuzensterren. Deze circumstellaire enveloppen zijn inderdaad voorlopers van planetaire nevels. Een dergelijk magnetisch veld is echter nooit waargenomen in de nevels zelf. Om een directe aanwijzing te krijgen over de aanwezigheid van magnetische velden in planetaire nevels, besloten astronomen om zich te concentreren op de centrale sterren, waar de magnetische velden hadden moeten blijven bestaan.
Dit eerste directe bewijs is nu verkregen. Voor het eerst ontdekten Stefan Jordan en zijn team magnetische velden in verschillende centrale sterren van planetaire nevels. Met behulp van de FORS1-spectrograaf van de Very Large Telescope van 8 m (VLT, European Southern Observatory, Chili), maten ze de polarisatie van het licht dat door vier van deze sterren werd uitgezonden. De polarisatiehandtekeningen in de spectraallijnen maken het mogelijk om de intensiteit van de magnetische velden in de waargenomen sterren te bepalen. In aanwezigheid van een magnetisch veld veranderen atomen hun energie op karakteristieke wijze; dit effect wordt het Zeeman-effect genoemd en werd in 1896 ontdekt door Pieter Zeeman in Leiden (Nederland). Als deze atomen licht absorberen of uitstralen, wordt het licht gepolariseerd. Dit maakt het mogelijk om de sterkte van het magnetische veld te bepalen door de sterkte van de polarisatie te meten. Deze polarisatiehandtekeningen zijn meestal erg zwak. Dergelijke metingen vereisen gegevens van zeer hoge kwaliteit die alleen kunnen worden verkregen met telescopen van 8 meter, zoals de VLT.
Het team observeerde vier centrale sterren van planetaire nevels en in alle ervan werden magnetische velden gevonden. Deze vier sterren zijn gekozen omdat hun bijbehorende planetaire nevels (genaamd NGC 1360, HBDS1, EGB 5 en Abell 36) allemaal niet-sferisch zijn. Als de hypothese van het magnetische veld om de vormen van planetaire nevels te verklaren correct is, zouden deze sterren dus sterke magnetische velden moeten hebben. Deze nieuwe resultaten tonen aan dat dit inderdaad het geval is: de sterktes van de gedetecteerde magnetische velden variëren van 1000 tot 3000 Gauss, dat is ongeveer duizend keer de intensiteit van het wereldwijde magnetische veld van de zon.
Deze nieuwe waarnemingen, gepubliceerd door Stefan Jordan en zijn collega's, ondersteunen de hypothese dat magnetische velden een belangrijke rol spelen bij het vormen van planetaire nevels. Het team is nu van plan om te zoeken naar magnetische velden in de centrale sterren van sferische planetaire nevels. Dergelijke sterren zouden zwakkere magnetische velden moeten hebben dan de zojuist ontdekte. Deze toekomstige waarnemingen zullen astronomen in staat stellen de correlatie tussen magnetische velden en de vreemde vormen van planetaire nevels beter te kwantificeren.
De afgelopen jaren hebben polarimetrische waarnemingen met de VLT geleid tot de ontdekking van magnetische velden in een groot aantal stellaire objecten in late evolutionaire stadia. Naast het verbeteren van ons begrip van deze prachtige planetaire nevels, stelt de detectie van deze magnetische velden de wetenschap in staat een stap voorwaarts te zetten in de richting van de verheldering van de relatie tussen magnetische velden en stellaire fysica.
Oorspronkelijke bron: NASA Astrobiology Story
