看似單純、實則複雜的環狀星雲

易難

美國范德堡大學（Vanderbilt University）天文學家C. Robert O'Dell等人，透過哈柏太空望遠鏡和其他望遠鏡取得了迄今最詳細的環狀星雲（Ring Nebula，M57，NGC 6720）影像，希望能建立其3D結構圖，並瞭解這個星雲的演化狀況。
　　環狀星雲位在天琴座，距離地球約2,300光年（相當於700秒差距），整個星雲的寬度約為1光年，如同甜甜圈一樣的外觀相當討喜，且8等的亮度相當容易觀測，是許多天文攝影最喜歡拍攝的目標之一。
　　不過，看似空曠的甜甜圈中間，其實填滿了物質。在這幅影像中，可見它內部的結構其實相當複雜，和以往的單純印象不同。
　　先前曾透過不同望遠鏡觀測，就已在星雲中間區域偵測到氣體物質。但O'Dell等人的最新觀測結果認為這個星雲的環狀結構其實披著一道藍色、橄欖球狀的結構，且此結構的兩端從環狀兩側突出環外。（下方M57結構示意圖中間橫向的橢圓部分為星雲的主環（main ring），主環上下如橄欖球狀的部分則為本段所提之藍色瓣狀結構（lobe）。）
　　環狀星雲本身由於傾斜朝向地球，幾乎正面面對地球。在哈柏影像中，這道藍色結構其實是氦氣所發出的光；來自星雲中心白矮星的輻射，激發星雲內的氦氣使其發光。這顆白矮星就是星雲中心的白點，當恆星核心中的氫融合反應因材料用盡而下後，恆星核心部分因重力向內收縮而逐漸形成白矮星，外層大氣部分則向外擴散形成所見的環狀星雲。


O'Dell等人從哈柏細緻的影像中，發現有許多密度較大的氣體形成的暗色不規則節點（knot）散佈在環狀結構的內緣，就像是腳踏車輪胎的輪輻一樣。這些氣體觸鬚是恆星外層向外膨脹的過程中，推擠更早之前向外拋出的低溫氣體而形成的，因此比較能抵抗白矮星強烈紫外輻射的威力而不致散開。天文學家也曾在別的行星狀星雲中發現過類似的節點。哈柏影像之詳細，讓O'Dell等人得以將這些節點與明亮主環周圍的光突（spike）位置相互比較研究；這些光突其實是因物質阻擋中間恆星發出的光而形成的陰影效果。
　　環狀星雲中的所有氣體都是中間恆星約在4000年前向外拋出的。原來的恆星大約有數倍太陽質量大，核心經過數十億年的氫融合成氦的熱核反應後，氫逐漸被用光，逐漸步上紅巨星階段。在此階段，外層氣體向外膨脹，而少了中心提供的熱能的核心則因重力佔了上風而開始向內收縮，同時因它發出的紫外輻射激發氣體，從而讓氣體發光形成我們所見的行星狀星雲。
　　最外層的環狀結構是由移動速度最快的氣體衝入慢速移動物質而形成，因為整個星雲雖以超過每小時69000公里的速度快速向外膨脹，但中間部分物質的移動速度比星雲主環的膨脹速度還快。O'Dell等人是將最新影像與哈柏曾在1998年觀測過的環狀星雲影像加以比較，來計算星雲的膨脹速度。他們估計環狀星雲還會繼續膨脹至少10,000年以上，不過以天文尺度而言，只能算是極短的時間。之後星雲會愈來愈稀薄、愈來愈黯淡，直到最後融入星際介質中。
　　研究環狀星雲的命運，其實也等於在窺視太陽在60億年之後的命運。不過我們的太陽畢竟比環狀星雲的前身恆星還小很多，所以太陽的結局將比環狀星雲平淡許多。當太陽變成一顆白矮星時，它加熱先前向外拋出的外層大氣的速度，會比環狀星雲慢很多，那時這些物質已經跑得很遠了，所以沒辦法讓這些氣體物質變得像環狀星雲這麼亮。