Twee astrofysici van het Laboratory for Space Research (LSR) van de Universiteit van Hong Kong (HKU) hebben eindelijk een twintig jaar oude astrofysische puzzel opgelost met betrekking tot de lager dan verwachte hoeveelheden van het element zwavel in planetaire nevels (PNe). in vergelijking met verwachtingen en metingen van andere elementen en andere soorten astrofysische objecten.

De verwachte zwavelniveaus leken al lange tijd 'ontbrekend' te zijn. Ze hebben zich nu echter eindelijk gemeld voor hun dienst, nadat ze zich in het volle zicht hadden verstopt, dankzij het gebruik van zeer nauwkeurige en betrouwbare gegevens. Het team heeft onlangs hun bevindingen gerapporteerd in The Astrophysical Journal Letters .

PNe zijn de kortstondige gloeiende, uitgestoten gasvormige omhulsels van stervende sterren die zowel professionele als amateurastronomen al lange tijd fascineren en enthousiasmeren met hun kleurrijke en gevarieerde vormen. PNe leeft slechts enkele tienduizenden jaren vergeleken met hun gaststerren, wat miljarden jaren kan duren voordat ze de PN-fase doorlopen op weg naar witte dwergen.

Bijgevolg biedt PNe een vrijwel onmiddellijke momentopname van de doodsstrijd van sterren. Ze vormen een essentieel, wetenschappelijk venster op de evolutie van sterren in een laat stadium, omdat hun rijke emissielijnspectra gedetailleerde studies van hun chemische samenstelling mogelijk maken.

De enigmatische zwavelanomalie

Eerdere studies hebben aangetoond dat optische PNe-spectra een wisselend tekort aan het element zwavel leken te hebben. Dit tekort was moeilijk te verklaren omdat zwavel, bekend als een α-element, samen met andere elementen zoals zuurstof, neon, argon en chloor in massievere sterren zou moeten worden geproduceerd. Als gevolg hiervan zou de kosmische overvloed ook recht evenredig moeten zijn.

Hoewel sterke correlaties tussen de hoeveelheden zwavel en zuurstof zijn waargenomen in H II-gebieden (het waterstofgeïoniseerde gebied) en blauwe compacte sterrenstelsels, is het verrassend dat PNe afkomstig van sterren met een lage tot middelmatige massa consistent lagere zwavelniveaus vertonen, wat aanleiding geeft tot de mysterieuze ‘zwavel’. anomalie" die astronomen al tientallen jaren verbijstert en irriteert.

Het mysterie oplossen

Shuyu Tan, afgestudeerd aan HKU MPhil in natuurkunde en onderzoeksassistent bij HKU LSR, gebruikte samen met haar supervisor professor Quentin Parker, de directeur van LSR, een ongekend monster van uitzonderlijk hoge signaal-ruis (S/N) optische spectra voor ongeveer 130 uur. PNe gelegen in het centrum van onze Melkweg. Deze uitzonderlijke dataset had minimale achtergrondruis, waardoor een duidelijk en gedetailleerd onderzoek van de spectrale kenmerken mogelijk was, waardoor het team het mysterie effectief kon aanpakken en oplossen.

Deze PNe werden waargenomen met behulp van de toonaangevende 8m Very Large Telescope van de European Southern Observatory (ESO) in Chili. Het blijkt dat de anomalie in wezen een gevolg was van de slechte gegevenskwaliteit voor zwavelemissielijnen in PNe-spectra. Er werd ontdekt dat het gebruik van zuurstof als basisvergelijker van de metalliciteit met andere elementen niet nauwkeurig was, en in plaats daarvan vertoonde argon een sterkere correlatie met zuurstof voor zwavel en werd voorgesteld als een betrouwbaardere indicator van de metalliciteit en een geschikt vergelijkingselement.

Dus toen een groot, zorgvuldig geselecteerd monster van PNe spectroscopisch werd waargenomen met een hoge S/N op een grote telescoop, onthulden de gegevens niet alleen voor het eerst een sterk lockstep-gedrag van zwavel in PNe, zoals gezien en verwacht voor andere typen van astrofysische objecten, maar de anomalie zelf verdween effectief.

De auteurs hebben eerdere beweringen die suggereren dat de zwavelafwijking in planetaire nevels een gevolg was van onderschatte hogere zwavelionisatiestadia of zwakke zwavellijnfluxen effectief weerlegd. Deze bevinding onderstreept het cruciale belang van gegevens van hoge kwaliteit bij het ontrafelen van wetenschappelijke mysteries.

Meer informatie: Shuyu Tan et al., Waar of verwelkt de zwavelafwijking in planetaire nevels? De astrofysische dagboekbrieven (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ed9

Aangeboden door de Universiteit van Hong Kong