2025年,欧洲天文学家团队在指环星云里发现了一个诡异的东西。
一根铁棒。
不是比喻,是真的铁棒。一根长达500亿公里、质量相当于火星的铁质棒状结构,笔直地横贯在这个著名星云的中央。
这个发现发表在《英国皇家天文学会月刊》上,伦敦大学学院和卡迪夫大学的天文学家主导了这项研究。论文发表后,整个天文学界都在问同一个问题:
这根铁棒是哪来的?
指环星云:夜空中最美的遗物
指环星云,天文学家叫它梅西耶57,是北半球夜空中最著名的天体之一。
1779年,法国天文学家夏尔·梅西耶第一次发现它。从那以后的246年里,无数天文爱好者和专业天文学家用各种望远镜观测过它。詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的红外图像,更是让这个星云的细节展现得淋漓尽致。
这个星云是怎么来的?它是一颗恒星临终前的遗物。
当一颗类似太阳的恒星烧完核燃料后,会把外层气体抛射出去,形成一个彩色的气体壳。这个壳层在宇宙中慢慢扩散,形成我们看到的星云。
几十亿年后,我们的太阳也会以类似的方式死去,把外层抛向太空,留下一个像指环星云这样的结构。
但现在,天文学家在这个被研究了246年的星云里,发现了一个从未见过的东西。
WEAVE:新望远镜看到了新世界
这根铁棒是用一台新仪器发现的,叫WEAVE(威廉·赫歇尔望远镜增强区域速度探测器)。
WEAVE安装在西班牙拉帕尔马岛的威廉·赫歇尔望远镜上,这台望远镜口径4.2米,是欧洲最大的光学望远镜之一。WEAVE最厉害的地方是它的"大积分场单元"(LIFU),这是一束由数百根光纤组成的探测器。
它能做什么?它能在星云的每一个位置同时获取光谱数据。
光谱就是把光分解成不同波长,就像三棱镜把阳光分解成彩虹。通过分析光谱,天文学家可以知道那里有什么元素,温度多高,运动速度多快。
论文第一作者、伦敦大学学院和卡迪夫大学的罗杰·韦森博士说:"虽然指环星云已经被许多不同的望远镜和仪器研究过,但WEAVE让我们以全新的方式观测它,提供了比以前多得多的细节。"
"通过在整个星云上连续获取光谱,我们可以在任何波长创建星云的图像,并确定任何位置的化学成分。"
"当我们处理数据并滚动浏览图像时,有一样东西清晰得不能再清晰地跳了出来——这条以前完全未知的四倍电离铁原子'棒',就在那个熟悉而标志性的圆环中间。"
一根500亿公里长的铁棒
这根铁棒有多大?
它的长度大约是冥王星绕太阳轨道的500倍。冥王星到太阳的平均距离是60亿公里,这根铁棒的长度就是500亿公里左右。
它的质量呢?研究团队估算,这根铁棒的铁原子总质量,相当于整个火星的质量。
火星的质量是6.4×10²³公斤,也就是640万亿亿公斤。这么多铁原子,聚集成一根棒状结构,笔直地横在星云中央。
从形状上看,这根铁棒恰好卡在星云内层的椭圆形结构里。星云的外环是明亮的氧离子发出的光,呈现出红、黄、绿等色彩。而这根铁棒,发出的是四倍电离铁原子的特征光谱。
四倍电离铁,意味着每个铁原子被剥掉了4个电子,处于高度电离的等离子体状态。这种状态只会在极高温度下出现。
这根铁棒是哪来的?
现在的问题是:这根铁棒到底是怎么形成的?
研究团队坦承,他们也不知道。
"我们确实需要知道更多——特别是是否有其他化学元素与新发现的铁共存,因为这可能会告诉我们应该追求哪一类模型,"伦敦大学学院的珍妮特·德鲁教授说,"现在,我们缺少这个重要信息。"
不过,研究团队提出了两种可能的解释。
第一种可能:恒星抛射物的残留结构。
当中心恒星抛射外层气体时,抛射过程可能不是均匀的。某些方向上的抛射可能更强或更弱,导致某些物质被压缩成特殊的形状。铁棒可能就是这种不均匀抛射留下的产物。
但这个解释有个问题:为什么只有铁?星云里还有氧、氮、碳等元素,为什么偏偏是铁形成了这根棒?
第二种可能:行星被蒸发了。
这个解释更加劲爆。
当中心恒星膨胀成红巨星时,它会吞噬周围的行星。如果一颗岩石行星被吞噬,它会在恒星的高温下蒸发,释放出大量重元素,包括铁。
地球的地核主要成分就是铁。如果一颗类似地球的岩石行星被中心恒星吞噬,它的铁核可能会被蒸发成等离子体,然后在星云中凝聚成某种特殊的结构。
这根铁棒,可能就是一颗死去行星的遗骸。
需要更多证据
目前,两种解释都有可能,但证据还不够。
研究团队正在进行后续研究,计划用WEAVE的更高光谱分辨率模式重新观测指环星云,希望能找到更多线索。
"我们需要知道这根铁棒里是否还有其他元素,"韦森博士说,"如果有,那会告诉我们很多信息。如果只有铁,那又是另一回事。"
另外,研究团队还想知道:指环星云里的这根铁棒,是不是独一无二的?
"如果指环星云里的铁棒是独一无二的,那会非常令人惊讶,"韦森博士说,"所以我们希望,随着观测和分析更多以同样方式形成的星云,我们会发现更多这种现象的例子,这将帮助我们理解铁从哪里来。"
WEAVE目前正在进行8项巡天观测,覆盖从附近的白矮星到非常遥远的星系。德鲁教授领导的"恒星、星周和星际物理"巡天项目,正在观测北天银河系中更多的电离星云。
如果在其他星云里也发现了类似的铁棒,那就能确认这是一种普遍现象。如果没有,那指环星云里的这根铁棒,可能记录了某个极其特殊的事件。
一个行星的葬礼?
让我们回到第二种解释:行星蒸发。
如果这根铁棒真的是一颗行星的遗骸,那它讲述的就是一个悲壮的故事。
几十亿年前,指环星云的中心恒星还是一颗正常的主序星,和今天的太阳差不多。它周围可能有行星系统,也许有岩石行星,也许有气态巨行星。
然后,恒星的核燃料逐渐耗尽,它开始膨胀,变成一颗红巨星。它的表面温度下降,但体积剧烈膨胀,吞噬了内侧的行星。
一颗岩石行星,可能类似地球或火星,被膨胀的恒星吞没。它的表面被烧成气体,地幔被汽化,最后连铁核都被融化、蒸发,变成高温等离子体。
然后,恒星抛射出外层气体,形成今天的指环星云。而那颗行星蒸发后的铁原子,在某种尚不清楚的机制下,凝聚成一根500亿公里长的棒状结构,漂浮在星云中央。
这是一颗行星的葬礼,也是一个行星系统的终结。
而几十亿年后,太阳也会膨胀成红巨星,吞噬水星、金星,甚至可能吞噬地球。那时,地球的铁核会不会也被蒸发,在太阳抛射的星云里留下一根类似的铁棒?
夜空中还有多少秘密?
指环星云被发现246年了,被无数望远镜观测过,但直到2025年,我们才在它中央发现这根铁棒。
这说明什么?说明即使是研究得最透彻的天体,也可能藏着我们从未见过的秘密。
格罗宁根大学的斯科特·特拉格教授是WEAVE项目的科学家,他说:"在北半球天空观察者钟爱的夜空宝石中,发现这个迷人的、以前未知的结构,展示了WEAVE的惊人能力。我们期待这台新仪器带来更多发现。"
WEAVE刚刚开始工作,未来五年它会观测数千个天体。也许在其他星云里,我们会发现更多铁棒;也许我们会发现完全不同的、更奇怪的结构。
宇宙比我们想象的更复杂,也更美丽。一颗恒星的死亡,可能吞噬了整个行星系统,然后在星云中留下一根铁棒,作为那个世界曾经存在的唯一证据。
几十亿年后,太阳也会死去,地球也会消失。也许未来某个文明会用他们的望远镜观测太阳留下的星云,然后发现一根铁棒,疑惑地问:
这是哪来的?
参考
R. Wesson et al, WEAVE imaging spectroscopy of NGC 6720: an iron bar in the Ring, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf2139
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