Saturnus is een icoon. Er is niets anders in het zonnestelsel en het is iets dat zelfs kinderen herkennen. Maar er is een ver object dat astronomen de Saturnusnevel noemen, omdat het van een afstand lijkt op de planeet, met zijn uitgesproken geringde vorm.
De Saturnusnevel heeft geen relatie met de planeet, behalve in vorm. Het is ongeveer vijfduizend lichtjaar verwijderd, dus in een kleine achtertuintelescoop lijkt het op de planeet. Maar als astronomen er grote telescopen op trainen, valt de illusie uit elkaar.
Wetenschappers van het Spaanse Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) maakten deel uit van een recente studie van de Saturnusnevel. Hun artikel, genaamd "An imaging spectroscopic survey of the planetary nebula NGC 7009 with MUSE", werd gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics. Het is de eerste gedetailleerde studie van een galactische planetaire nevel met de MUSE (Multi-Unit Spectral Explorer) integrale veldspectrograaf op ESO's Very Large Telescope (VLT). De hoofdauteur van de studie is Jeremy Walsh, onderzoeker bij de European Southern Observatory (ESO), de thuisbasis van de VLT.
De Saturnusnevel is een planetaire nevel, een ongelukkige naam voor dit type object. Planetaire nevels hebben niets met planeten te maken en alles met sterren. Een planetaire nevel is eigenlijk een stellair overblijfsel: een helder, glanzend lijk dat overblijft nadat een ster geen brandstof meer heeft en sterft. Wat overblijft is een ingewikkelde structuur van wolken van verschillende temperatuurgassen, verlicht door een witte dwerg in het midden.
Ze werden planetaire nevel genoemd toen ze voor het eerst door telescopen werden gezien, omdat ze op afstand lijken op de gasreuzen in ons eigen zonnestelsel. Helaas is de naam blijven hangen, wat de astro-nieuwsgierigen sindsdien in verwarring brengt.
De Saturnusnevel, of NGC 7009 zoals bekend, is een van de meest complexe planetaire nevels die er zijn, en die complexiteit maakt het een intrigerend studieobject voor astronomen en astrofysici. Waarom zou dat niet zijn? Kijk er gewoon naar.
Deze nieuwe studie is de eerste keer dat het MUSE-instrument op de VLT is gebruikt om een galactische planetaire nevel te bestuderen. Bij de studie betrokken astronomen zeggen dat MUSE onverwachte complexiteit in de Saturnusnevel heeft onthuld.
De nevel zelf bestaat uit gas en stof dat aan het einde van zijn leven wordt uitgestoten door een rode reuzenster, verlicht door de overgebleven witte dwerg in het midden. Astronomen weten dit omdat ze het hele proces in verschillende levensfasen in andere sterren aan de hemel kunnen zien. Maar wat ze niet weten, is het detail in de geschiedenis van de vorming van een planetaire nevel. En ze willen het niet weten.
Het MUSE-instrument op de VLT is ideaal voor dit soort werk.
MUSE heeft het krachtige vermogen om de intensiteit van het licht als een functie van zijn kleur of golflengte in elk van de pixels in zijn afbeeldingen te voelen. In een enkele afbeelding kan MUSE 900.000 spectra van kleine stukjes lucht verzamelen. Het kan afbeeldingen van objecten zoals de planetaire nevel in drie dimensies vastleggen, en astronomen gebruikten al deze informatie om onverwachte complexiteit in de Saturnusnevel te onthullen. Wat ze ontdekten was een reeks structuren, geassocieerd met verschillende atomen en ionen.
"Uit de studie bleek dat deze structuren echte verschillen in eigenschappen binnen de nevel vertegenwoordigen, zoals hogere en lagere dichtheid, evenals hogere en lagere temperaturen", legt Jeremy Walsh, onderzoeker bij de European Southern Observatory (ESO) en eerste auteur van de studie. Walsh meldt dat een van de implicaties is dat "historische - en eenvoudigere - studies gebaseerd op het morfologische uiterlijk van planetaire nevels belangrijke verbindingen lijken te signaleren naar de onderliggende omstandigheden in het gas."
Met behulp van de kracht van het MUSE-instrument en de VLT onthulde het team achter de studie gegevens die aantonen dat het gas in deze nevel zeker niet uniform is. Hun paper brengt gas- en stofsubformaties in kaart in de nevel van vier temperaturen en drie dichtheden.
Ana Monreal Ibero, tweede auteur van het artikel en onderzoeker bij de IAC, merkte op over de aanwezigheid en distributie van waterstof en helium in de Saturnusnevel. Waterstof en helium zijn de twee meest overvloedige elementen in het universum en hun kenmerken in de nevel zijn cruciaal voor het begrijpen van de vorming van het object en de dood van de rode reus die het heeft gemaakt.
Wat waterstof betreft, zei Ibero: “De aanwezigheid van stof in een nevel kan ook worden afgeleid uit de kleurverandering tussen verschillende emissielijnen van waterstof, waarvan de verwachte kleur kan worden bepaald door de atoomtheorie. Ons team ontdekte dat de stofverdeling in de nevel niet uniform is, maar een daling laat zien aan de rand van de binnenste gasschaal. Dit resultaat suggereert scherpe veranderingen in de uitstoot van stof tijdens de laatste doodsratels van de zonnester of, als alternatief, lokale stofvorming en vernietiging. ”
Als het gaat om helium, zegt de huidige neveltheorie dat de verspreiding ervan in een planetaire nevel uniform zou moeten zijn. Om dit te testen, gebruikten de auteurs MUSE-gegevens om het helium in de Saturnusnevel in kaart te brengen. Ze vonden variaties die de shell-morfologie van de nevel volgden. "Dit impliceert dat de huidige methoden voor het bepalen van helium verbetering behoeven, of dat de aanname dat de overvloed uniform is, moet worden verworpen." zegt Monreal Ibero.
Planetaire nevels zijn fascinerende objecten. Hun lichtgevende, spookachtige sluiers van gas en stof zijn onweerstaanbaar voor het oog. Dit is de eerste keer dat MUSE is gebruikt om een planetaire nevel te bestuderen, en hoewel de schoonheid van het object een beetje fascinerend is, is het de onderliggende wetenschap die astronomen en astrofysici intrigeert.
De auteurs van het artikel geven toe dat ze in sommige opzichten slechts een beperkte hoeveelheid analyse presenteren. Maar hun werk laat zien dat het MUSE-instrument vol potentieel zit. Zoals ze in de conclusie van hun paper zeggen: "De waarnemingen tonen het enorme potentieel van dit instrument aan voor het voortschrijden van optische spectroscopische studies van uitgestrekte emissienevels."
- IAC Press Release: "De Saturnusnevel onthult zijn complexiteit"
- ESO-persbericht: "De vreemde structuren van de Saturnusnevel"
- Research Paper: Een beeldvormend spectroscopisch onderzoek van de planetaire nevel NGC 7009 met MUSE
- Wikipedia-vermelding: Saturnusnevel
- ESO-webpagina: MUSE multi-unit spectroscopische verkenner
