Webb kiekt de Ringnevel in de Lier

Het nieuwe beeld van de beroemde Ringnevel van Webb’s Near-InfraRed Camera (NIRCam) toont de ingewikkelde details van de filamentstructuur van de binnenste ring van de nevel, terwijl het nieuwe beeld van Webb’s Mid-InfraRed Instrument (MIRI) bijzondere details onthult in de concentrische kenmerken in de buitenste regionen van de ring van de nevel.

De Ringnevel is een archetypische planetaire nevel op ongeveer 2500 lichtjaar afstand in de richting van het sterrenbeeld Lier – Lyra. De nevel is ook bekend als Messier 57, M57 en NGC 6720 en werd in 1779 gevonden door de Franse astronomen Antoine Darquier de Pellepoix enn Charles Messier.

Beide astronomen stuitten op de nevel toen ze het pad van komeet Bode door het sterrenbeeld Lier probeerden te volgen, waarbij ze heel dicht langs de Ringnevel kwamen.

Vroeger dacht men dat planetaire nevels eenvoudige, ronde objecten waren met één stervende ster in het midden. Ze werden genoemd vanwege hun wazige, planeetachtige uiterlijk door kleine telescopen.

Slechts een paar duizend jaar geleden was die ster nog een rode reus die het grootste deel van zijn massa verloor. Als laatste afscheid ioniseert, of verhit, de hete kern nu dit uitgestoten gas en de nevel reageert daarop met kleurrijke lichtemissies.

Moderne waarnemingen laten echter zien dat de meeste planetaire nevels een adembenemende complexiteit vertonen. De vraag dringt zich op: hoe kan een bolvormige ster zulke ingewikkelde en delicate niet-sferische structuren veroorzaken?

Volgens de onderzoekers is de Ringnevel een ideaal doelwit om enkele mysteries van planetaire nevels te ontrafelen.

Hij is dichtbij en helder – zichtbaar met een verrekijker op een heldere zomeravond vanaf het noordelijk halfrond en een groot deel van het zuidelijk halfrond.

De onderzoekers, verenigd in het ESSENcE-team (Evolved StarS and their Nebulae in the JWST Era) is een internationale groep experts op het gebied van planetaire nevels en aanverwante objecten.

Ze realiseerden zich dat Webb-waarnemingen hun inzichten van onschatbare waarde zouden verschaffen, aangezien de Ringnevel mooi past in het gezichtsveld van de NIRCam- en MIRI-instrumenten van de Webb, waardoor ze hem in ongekend details zouden kunnen bestuderen.

Volgens het team zijn er zo’n 20.000 dichte globules in de nevel, die rijk zijn aan moleculaire waterstof.

De binnenste regio daarentegen vertoont zeer heet gas. De hoofdschil bevat een dunne ring van versterkte emissie van op koolstof gebaseerde moleculen die bekend staan als polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s).

Ongeveer 10 concentrische bogen bevinden zich net voorbij de buitenrand van de hoofdring.

Men denkt dat de bogen ontstaan zijn door de interactie tussen de centrale ster en een begeleider met een lage massa die op een afstand draait die vergelijkbaar is met de afstand tussen de Aarde en Pluto.

Op deze manier laten nevels zoals de Ringnevel een soort astronomische archeologie zien, waarbij astronomen de nevel bestuderen om meer te weten te komen over de ster die hem heeft gemaakt.

De Ringnevel heeft de vorm van een vervormde donut. We kijken bijna recht op een van de polen van deze structuur, met een felgekleurde vat van materiaal die zich van ons af uitstrekt.

Hoewel het centrum van deze donut leeg lijkt, zit het eigenlijk vol met materiaal met een lagere dichtheid dat zich zowel naar ons toe als van ons af uitstrekt, waardoor een vorm ontstaat die lijkt op een rugbybal die in de centrale opening van de donut is geschoven.

Het helderste deel van de nevel is wat we zien als de kleurrijke hoofdring. Deze bestaat uit gas dat wordt weggeslingerd door een stervende ster in het centrum van de nevel.

De ster is op weg om een witte dwerg te worden – een heel klein, dicht en heet lichaam dat de laatste evolutionaire fase van een ster zoals de Zon is.

Toen de onderzoekers de beelden voor het eerst zagen stonden ze versteld van de hoeveelheid details. De heldere ring waaraan de nevel zijn naam ontleent, bestaat uit ongeveer 20.000 afzonderlijke klonten van dicht moleculair waterstofgas, elk ongeveer zo massief als de Aarde.

Binnen de ring is er een smalle zone van uitgestoten PAK’s – complexe koolstofhouden moleculen waarvan men niet had verwacht dat die zich in de Ringnevel zouden vormen. Buiten de ring zijn er merkwaardige pieken zichtbaar die direct van de centrale ster wijzen, ze zijn prominent in het infrarood maar slechts heel zwak op de Hubble-beelden.

De onderzoekers denken dat deze het gevolg zijn van moleculen die ontstaan in de schaduwen van de dichte delen van de ring, waar ze worden afgeschermd van de directe intense straling van de centrale hete ster.

De MIRI-beelden geven het scherpste en helderste beeld tot nu toe van de zwakke moleculaire halo buiten de helderste ring. Een verrassende openbaring was de aanwezigheid van wel tien concentrische kenmerken op regelmatige afstand binnen de zwakke halo.

Deze bogen moeten ongeveer iedere 280 jaar zijn ontstaan toen de centrale ster zijn buitenste lagen afstootte.

Wanneer een enkele ster evolueert tot een planetaire nevel is er, voor zover bekend, geen proces met een dergelijke tijdsperiode.

In plaats daarvan suggereren deze ringen dat er een begeleidende ster in het systeem moet zijn die ongeveer net zover van de centrale ster afstaat als Pluto van onze Zon.

Terwijl de stervende ster zijn atmosfeer weggooide vormde de begeleider de uitstroom en gaf deze vorm. Geen enkele eerdere telescoop had de gevoeligheid en de ruimtelijke resolutie om dit subtiele effect te ontdekken.

Doe hoe heeft een bolvormige ster zo’n gestructureerde en gecompliceerde nevel als de Ringnevel gemaakt? Een beetje hulp van een binaire begeleider zou wel eens een deel van het antwoord kunnen zijn.

Eerste publicatie: 22 augustus 2023
Bron: ESA/NASA