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外赫尔克里斯星云中的众多弓形激波

Nature2026年8月12日 00:00

赫尔克里斯星云(NGC 7293)是最近和最亮的行星状星云之一,因此是解析晚期恒星喷发物如何与其周围环境耦合的基准。使用盖亚EDR3/DR3为中心星体(WD 2226-210)提供的天文测量解决方案,我们采用的距离为d = 198.6(+1.6/-1.8)pc(参考文献10)。赫尔克里斯的成像显示它具有高度复杂性。其明亮的主要星云由一个内部盘和一个外部环形结构组成,嵌入一个更大的结构中,其上游侧被截断,这与扩展的渐近巨星支(AGB)喷发物与周围星际介质(ISM)之间的相互作用一致11,12,13。离子化的星云中穿梭着成千上万的密集彗星状结和相关的分子物质,这表明喷发的物质中还有大量残留在块状的、部分处理的阶段11,14。深度成像和光谱学还在微弱的外晕中揭示了一个弓形激波特征,方向是星云通过局部ISM的运动方向12,15。这些特性使赫尔克里斯星云独特地适合直接限制破碎的恒星喷发物如何被扩散和混合到ISM中:这一过程是在星系中回收质量、尘埃和新合成元素的基本步骤4,9。赫尔克里斯星云的观察是通过Hα、[N II]和[O III]光进行的,利用部分建成的模块光学长焦谱量测机器人阵列(MOTHRA)。MOTHRA是一个配备可倾斜超窄干涉滤光片的高端长焦镜头阵列,位于智利的El Sauce天文台。其设计演变自新墨西哥天空天文台的蜻蜓谱线测绘仪16,17。完成后,MOTHRA将拥有1140个镜头,分布在30个支架上,光学上相当于一个4.8米f/0.08的折射望远镜。此处描述的数据相当于完成阵列后大约20分钟的位源曝光时间。赫尔克里斯的MOTHRA Hα图像见图1。它显示了许多以前在离子气中未见的特征,例如西北和东南方向的羽流延伸11,13,以及西南方的湍动且复杂的低表面亮度Hα发射13。Hα图像中最引人注目的特征是在星云东侧的弓形和部分弓形的“森林”。我们在东侧识别出至少22个弓形,标记为1-22,按照距离中央白矮星的增加顺序排列。尽管大多数特征似乎是新发现,但在先前的GALEX和Hα图像中也可以看到几个特征。除了大型复杂特征14外,还包括弓形3、10和13等11,13,15。在[O III]中未探测到这些弓形,并且在[N II]中微弱;从弓形14的亮区我们测得[N II]/Hα = 0.06 ± 0.01和[O III]/Hα < 0.015(2σ)。我们还发现西侧有微弱的弓形特征,距离白矮星与东侧更亮的弓形相似。图1:赫尔克里斯星云的MOTHRA Hα成像。MOTHRA减去连续性后的Hα图像以反转的灰度显示,强调微弱的外部特征。在明亮的中央区域,哈勃太空望远镜和基特峰4米图像叠加在MOTHRA数据上11。哈勃太空望远镜图像是由在先进普查相机中的F502N([O III])和F658N(Hα)滤光片中的数据生成的。箭头指示中心白矮星相对于环境气体的盖亚确定的运动方向。MOTHRA图像展示了许多在Hα中未曾检测到的远离白矮星(大约超过1 pc)的特征。其中最显著的是星云东侧的众多弓形激波,在这里AGB喷发物以超音速相对速度遇到周围的ISM。比例尺,5′ = 0.29 pc。颜色哈勃太空望远镜/基特峰图像源自NASA、ESA、C. R. O'Dell(范德比尔特大学)以及M. Meixner、P. McCullough和G. Bacon(空间望远镜科学研究所)。按照早期研究,我们将东侧特征解释为弓形激波,在这些激波中,扩展的恒星喷发物以超音速速度遇到ISM13,15。赫尔克里斯相对于ISM的速度大约是36 km/s,方向是天球平面上相对于正北的95°,沿视线方向的速度大约是27 km/s15,18,结合的ISM速度为v ISM ≈ 45 km/s,相对于星云的系统速度。东侧的激波速度为v ISM与喷发物的扩散速度v shock,e ≈ | v ISM + v exp |之和。在西侧,喷发物遇到一个湍动的后激波尾流,该尾流已经通过并与行星星云混合,v shock,w ≈ | v wake - v exp |。预计尾流的速度相对于星云的系统速度应很小。在已研究的AGB恒星米拉的情况下,正在释放的处理气体...

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