De Saturnusnevel maar dan heel anders

MUSE kiekt de Saturnusnevel
Deze opname van de Saturnusnevel, NGC 7009 is gemaakt door het MUSE-instrument aan de Very Large Telescope van de ESO als deel van een onderzoek dat voor het eerst de verdeling van stof en gas binnen een planetaire nevel in kaart heeft gebracht. Credit: ESO/J. Walsh

Saturnus is een icoon. Er is niks vergelijkbaars in ons zonnestelsel en zelfs kinderen kunnen de planeet al herkennen. Maar er is nog een ver object dat door astronomen de Saturnusnevel wordt genoemd. Deze nevel lijkt van grote afstand op de planeet met zijn ringen.

Met uitzondering van de vorm is er geen enkele relatie tussen Saturnus en deze nevel. De Saturnusnevel is ongeveer 5000 lichtjaar van ons verwijderd dus bekeken door een amateurtelescoop lijkt de nevel op een planeet. De Saturnusnevel bevindt zich in het sterrenbeeld Aquarius – Waterman. Maar als astronomen hele grote telescopen op de nevel richten dan blijft van deze vorm weinig meer over.

Wetenschappers van het Instituto de Astrofísica de Canaria (IAC) hebben onlangs de nevel bestudeerd. Hun resultaten zijn onder de titel “An Imaging spectroscopic survey of the planetary nebula NGC 7009 with MUSE” gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics. Het is het eerste gedetailleerde onderzoek van een planetaire nevel met MUSE (Multi-unit Spectral Explorer) integral field spectrograaf gekoppeld aan de Very Large Telescope van de ESO. Hoofdauteur van het onderzoek is Jeremy Walsh die als onderzoeker verbonden is aan de ESO, eigenaar van de VLT.

De Saturnusnevel is een planetaire nevel, een ongelukkige naam voor dit soort objecten. Planetaire nevels hebben helemaal niks te doen met planeten maar alles met sterren. Een planetaire nevel is eigenlijk het overblijfsel van een ster: een helder schijnend restant van een ster die door zijn brandstof heen is en overlijdt. Wat overblijft is de structuur van wolken met daarin gassen met verschillende temperaturen die worden verlicht door een witte dwerg in het centrum van dit geheel.

Toen ze voor het eerst door telescopen werden gezien werden het planetaire nevels genoemd vanwege de, op grote afstand, gelijkenis met de gasreuzen in ons eigen zonnestelsel. Ongelukkig genoeg is de naam blijven bestaan en dat leidt sindsdien steeds wel tot verwarring.

De Saturnusnevel, ook bekend als NGC 7009, is een van de meest complexe planetaire nevels die we kennen en die complexiteit zorgt er voor dat het een interessant object is voor astronomen en astrofysici.

Tijdens dit onderzoek werd voor het eerst het MUSE-instrument aan de VLT gebruikt om planetaire nevels te bestuderen. Astronomen die betrokken waren bij dit onderzoek geven aan dat MUSE een onverwachte complexiteit in de Saturnusnevel aan het licht bracht.

De nevel zelf bestaat uit gas en stof dat door een rode reus aan het einde van zijn leven is uitgestoten. Dit gas en stof licht op door de overblijvende witte dwerg in het centrum van de nevel. Astronomen weten dit omdat ze het hele proces in verschillende stadia bij andere sterren hebben kunnen volgen. Maar wat ze niet weten zijn de details in de ontstaansgeschiedenis van een planetaire nevel. En niet weten is iets waar astronomen absoluut niet van houden.

Het MUSE-instrument aan de VLT is uitermate geschikt voor dit soort onderzoek.

MUSE bekijkt de Saturnusnevel
Deze afbeelding laat zien hoe MUSE een driedimensionale weergave geeft van de Saturnus-nevel. Voor elk deel van deze spectaculaire nevel is het licht opgesplitst in zijn verschillende kleuren en dat geeft informatie over de chemische en fysische eigenschappen per pixel. Tijdens de daaropvolgende analyse kan de astronoom door de data spitten en het object bestuderen in verschillende richtingen op verschillende golflengtes. Het is te vergelijken met zoeken naar verschillende kanalen op een televisie op verschillende frequenties. Credit: ESO/J. Walsh

MUSE heeft de mogelijkheid om de intensiteit van het licht als functie van de kleur, of golflengte, per pixel te bepalen. In een enkele afbeelding kan MUSE 900.000 spectra opnemen van hele kleine gedeeltes aan de hemel. MUSE kan objecten zoals planetaire nevels in drie dimensies bekijken en astronomen hebben al deze informatie gebruikt om de onverwachte complexiteit in de nevel zichtbaar te maken. Ze ontdekten series structuren die geassocieerd zijn met verschillende atomen en ionen.

MUSE gekoppeld aan de VLT
Het MUSE-instrument gekoppeld aan de Very Large Telescope van de ESO. MUSE heeft astronomen een zeer gedetailleerd beeld bezorgd van de Saturnusnevel. Credit: ESO

Het onderzoek laat zien dat deze structuren overeenkomen met echte verschillen in eigenschappen binnen de nevel zoals hogere en lagere dichtheden maar ook hogere en lagere temperaturen. Een van de implicaties is dat oudere en eenvoudigere onderzoeken gebaseerd op de morfologie van planetaire nevels verwijzen naar onderliggende condities binnen het gas.

MUSE fotografeert de Saturnusnevel
De spectaculaire planetaire nevel NGC 7009, de Saturnusnevel, licht op uit het donker. Deze kleurrijke opname is gemaakt door het MUSE-instrument aan de Very Large Telescope van de ESO als deel van een onderzoek om voor het eerst het stof binnen een planetaire nevel in kaart te brengen. Credit: ESO/J. Walsch

De combinatie van MUSE en de VLT toonde aan dat de verdeling van het gas binnen de nevel bij lange na niet uniform is. Hun artikel brengt gas- en stofformaties binnen de nevel in kaart bij vier verschillende temperaturen en drie dichtheden.

Een van de astronomen wijst op de aanwezigheid en de verdeling van waterstof en helium in de Saturnusnevel. Waterstof en helium zijn de twee meest voorkomende elementen in het heelal en hun kenmerken in de nevel zijn cruciaal voor het begrijpen van het ontstaan van het object en de dood van de rode reus die voor dit object heeft gezorgd.

De aanwezigheid van stof in de nevel kan ook worden afgeleid uit de kleurverandering tussen verschillende emissielijnen van waterstof en die verwachtte kleur kan worden bepaald aan de hand van de atoomtheorie. Het team vond dat de verdeling van stof in de nevel niet gelijkmatig is maar dat er een dip is aan de rand van de binnenste gasschil. Dit resultaat suggereert scherpe veranderingen in de uitstoot van stof tijdens de laatste stuiptrekkingen van de zonachtige ster of, als alternatief, lokale stofvorming en vernietiging.

De huidige theorie over nevels zegt dat helium in een planetaire nevel gelijkmatig moet zijn verdeeld. Om dit te testen gebruikten de astronomen gegevens van NUSE in de verdeling van helium in de Saturnusnevel in kaart te brengen. Ze vonden variaties die overeenkwamen met het uiterlijk van de nevel. Dit duidt erop dat de huidige methodes om helium te bepalen aan verbetering toe zijn of dat de aanname dat helium uniform verdeeld moet zijn van tafel moet.

Planetaire nevels zijn fascinerende objecten. Hun heldere spookachtige sluiers van gas en stof spreken steeds weer tot de verbeelding. Het is voor het eerst dat MUSE is gebruikt voor het bestuderen van planetaire nevels en hoewel de schoonheid van de objecten enigszins betoverend kan zijn is de onderliggende wetenschap voor astronomen en astrofysici uitermate interessant.

De auteurs van het artikel geven toe dat ze slecht een beperkt gedeelte van de gegevens van MUSE hebben verwerkt maar hun werk toont wel de enorme potenties van MUSE aan. Zoals ze zelf in hun artikel concluderen: “De waarnemingen demonstreren het enorme potentieel van dit instrument voor geavanceerde optische spectroscopische studies van uitgebreide emissie nevels.”

Bronnen:

 

Eerste publicatie: 20 december 2018

 




%d bloggers liken dit: