Astrofysikere knækker sagen om forsvindende svovl i planetariske tåger

To astrofysikere fra Laboratory for Space Research (LSR) ved University of Hong Kong (HKU) har endelig løst et 20 år gammelt astrofysisk puslespil vedrørende de lavere end forventet mængder af grundstoffet svovl fundet i planetariske tåger (PNe) i sammenligning med forventninger og målinger af andre elementer og andre typer astrofysiske objekter.

De forventede niveauer af svovl har længe set ud til at mangle i aktion. Men de har nu endelig meldt sig til tjeneste efter at have gemt sig i almindeligt syn, som et resultat af at udnytte meget nøjagtige og pålidelige data. Holdet har for nylig rapporteret deres resultater i The Astrophysical Journal Letters .

PNe er de kortvarige glødende, udstødte, gasformige ligklæder af døende stjerner, der længe har fascineret og begejstret både professionelle og amatørastronomer med deres farverige og varierede former. PNe lever kun nogle få titusinder af år sammenlignet med deres værtsstjerner, hvilket kan tage milliarder af år, før de passerer gennem PN-fasen på vej til at blive hvide dværge.

Følgelig giver PNe et næsten øjeblikkeligt øjebliksbillede af stjernernes dødskampe. De er et vigtigt, videnskabeligt vindue ind i stjerneudviklingen i det sene stadie, da deres rige emissionslinjespektre muliggør detaljerede undersøgelser af deres kemiske sammensætning.

Den gådefulde svovlanomali

Tidligere undersøgelser viste, at PNe optiske spektre så ud til at have et varierende underskud af grundstoffet svovl. Dette underskud var vanskeligt at forklare, fordi svovl, kendt som et α-element, skulle produceres i låsetrin med andre grundstoffer som oxygen, neon, argon og klor i mere massive stjerner. Som et resultat bør dens kosmiske overflod også være direkte proportional.

Mens der er blevet observeret stærke korrelationer mellem svovl- og iltmængder i H II-regioner (hydrogenioniseret region) og blå kompakte galakser, udviser PNe, der stammer fra stjerner med lav til mellemmasse, konsekvent lavere svovlniveauer, hvilket giver anledning til det mystiske "svovl" anomali", der har forvirret og irriteret astronomer i årtier.

Løser mysteriet

Shuyu Tan, en kandidat fra HKU MPhil i fysik og forskningsassistent ved HKU LSR, brugte sammen med sin vejleder professor Quentin Parker, direktøren for LSR, en hidtil uset prøve af usædvanligt høje signal-til-støj (S/N) optiske spektre i cirka 130 PNe placeret i midten af ​​vores galakse. Dette exceptionelle datasæt havde minimal baggrundsstøj, hvilket muliggjorde en klar og detaljeret undersøgelse af de spektrale funktioner, hvilket hjalp teamet effektivt med at tackle og løse mysteriet.

Disse PNe blev observeret ved hjælp af det verdensledende European Southern Observatory (ESO) 8m Very Large Telescope i Chile. Det viser sig, at anomalien hovedsagelig var et resultat af dårlig datakvalitet for svovlemissionslinjer i PNe-spektre. Det viste sig, at det ikke var nøjagtigt at bruge oxygen som basismetallicitetskomparator med andre grundstoffer, og i stedet viste argon en stærkere korrelation med oxygen for svovl og er blevet foreslået som en mere pålidelig indikator for metallicitet og et passende sammenligningselement.

Så når en stor, omhyggeligt udvalgt prøve af PNe observeres spektroskopisk ved høj S/N på et stort teleskop, afslørede dataene ikke kun en stærk lockstep-adfærd af svovl i PNe for første gang, som set og forventet for andre typer af astrofysiske objekter, men selve anomalien forsvandt effektivt.

Forfatterne har effektivt modbevist tidligere påstande, der tyder på, at svovlanomalien i planetariske tåger var et resultat af undervurderede højere svovlioniseringsstadier eller svage svovllinjefluxer. Denne konstatering understreger den kritiske betydning af data af høj kvalitet til at opklare videnskabelige mysterier.

Flere oplysninger: Shuyu Tan et al., Hvor eller visner svovlanomalien i planetariske tåger? The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ed9

Leveret af University of Hong Kong