3D-simulaatiot valottavat planetaaristen sumujen eroja

3D-simulaatioiden avulla tutkijat ovat onnistuneet jäljittelemään planetaaristen sumujen muodostumista. Simulaatiot antavat uutta tietoa säteilyn ja kaksoistähtien vaikutuksesta kaasupilviin.

planetaariset sumut kollaasi

Kollaasi erilaisista planetaarisista tähtisumuista, jotka on kuvattu oikeissa keskinäisissä suuruussuhteissa. Värejä on käsitelty, mutta muodot ovat todellisia.

© NASA / ESA / Judy Schmidt

Olet varmaankin nähnyt kuvia planetaarisista sumuista. Näistä kauniista värikuplista on etenkin Hubble-avaruusteleskooppi vuosikymmenien kuluessa välittänyt lukuisia kuvia Maahan.

Planetaariset sumut ovat saaneet hieman harhaanjohtavan nimensä 1700-luvun havainnoista. Tuon ajan pienissä optisissa teleskoopeissa sumupilvet vaikuttivat valtavilta planeetoilta.

Oikeastaan planetaariset sumut ovat luhistuneiden punaisten jättiläistähtien kaasupilviä eivätkä ne siten liity planeettoihin.

Jokainen sumu on malliltaan ainutlaatuinen, ja tähtitieteilijöitä onkin pitkään askarruttanut niiden tarkka syntytapa.

Nyt Meksikon kansallisen autonomisen yliopiston ydintutkimuslaitoksen espanjalais-meksikolainen astronomiryhmä on laatinut simulaatioita, jotka voivat valaista arvoitusta.

Vertaisarvioitavana olevassa artikkelissaan arXiv-julkaisusalustalla tutkijat kertovat luoneensa planetaarisista sumuista 3D-simulaatioita selvittääkseen, miten ne voivat syntyessään saada niin monia erilaisia muotoja.

Tähden kaasun jäännökset

Kun tähti on käyttänyt loppuun ytimessään olleen vedyn, sen helium fuusioituu ja tähti paisuu punaiseksi jättiläiseksi. Viimeisenkin heliumin loputtua tähdestä tulee valkoinen kääpiö.

Tässä prosessissa tähti on viskannut avaruuteen suuren osan aineestaan kaasuna, joka luo planetaarisen sumun. Sumu loistaa valkoisen kääpiön säteilyn vaikutuksesta.

planetaariset sumut esimerkkejä

Oheiset kuvat planetaarisista sumuista havainnollistavat niiden muotojen erilaisuutta. Kuvat on koottu Hubble-avaruusteleskoopin ja Chandra X-Ray Observatoryn otoksista.

© X-ray: NASA/CXC/RIT/J.Kastner; Optical: NASA/ESA/AURA/STScI

Jos katsomme paljain silmin avaruuteen, emme näe samoja värejä, jotka hehkuvat teleskooppien välittämissä kuvissa. Teleskoopit pystyvät vastaanottamaan värejä, joita sitten keinotekoisesti vahvistetaan niin, että ne voi erottaa ihmissilmin.

Artikkelissa kiinnostavinta eivät kuitenkaan ole värit vaan muodot. Tähtitieteilijät ovat tutkineet syitä siihen, miksi sumut ovat niin erilaisia ja miten kaksoistähdet vaikuttavat niiden muotoon.

Monilla tähdillä on binäärinen seuralainen – eli toinen tähti kiertää sen kanssa samaa painopistettä. Kun tähdistä toinen muuttuu planetaariseksi sumuksi, myös toinen tähti vaikuttaa sumun muotoon.

Planetaarinen sumu simuloitiin

Tutkijat ovat simulaatioissaan jäljitelleet juuri kaksoistähden toisen osapuolen vaikutusta.

Tarkemmin sanottuna tutkijat ovat tarkastelleet yhä muotoutumassa olevan planetaarisen sumun 3D-kierteiskuvioita.

planetaarinen sumu kaksoistähti

Tutkijat ovat luoneet tietokonesimulaatioissa 3D-kierteiskuvioita jäljitelläkseen planetaarisen sumun syntyajan fysikaalisia olosuhteita. Tässä sumu saa rengasmaisen muotonsa, kun kaksoistähti vaikuttaa kaasun muotoon 558 vuoden pituisen kiertoradan aikana. Vaikutukset näkyvät kuvissa 100 vuoden väliajoin.

© V. Lora et al. 2023.

Tutkijat käyttivät niin sanottua 3D-säteily-hydrodynaamista simulointia, jolla voitiin luoda 3D-kierteiskuvioita.

Planetaaristen sumujen muodostumista tutkittiin jäljittelemällä fysikaalisia olosuhteita, jotka vallitsevat kaksoistähden painovoimasuhteissa, ja reaktioita, joita planetaarisen sumun aineissa syntyy niissä oloissa.

Kun sitten simulaatioita verrattiin aiempiin havaintoihin, havaittiin niiden olevan sopusoinnussa keskenään.

Tulokset osoittivat, että kaksoistähden toisen osapuolen kiertoajalla on voimakas vaikutus sumun muotoon. Seuralaistähti vaikuttaa sumun kierteisiin ja antaa sille rengasmaisen muodon.

Tutkijat havaitsivat myös, että valkoisesta kääpiöstä lähtevät suihkuvirtaukset planetaarisen sumun sisuksissa vahvistavat ja venyttävät kierteitä.

Siten tulokset tukevat aiempia hypoteeseja, ja ne ovat tähän mennessä tarkimmat mahdolliset havainnot planetaaristen sumujen muodostumisesta.