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Prima Nebulosa Planetaria Immortalata dal Telescopio James Webb – Guida alle Costellazioni

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La Nebulosa ad Anello Meridionale (Nebulosa Eight-Burst, NGC 3132) rappresenta un esempio affascinante di nebulosa planetaria, situata a circa 2.000 anni luce di distanza nella costellazione meridionale della Vela. Con una magnitudine apparente di 9.87 e una dimensione apparente di 62 x 43 arcosecondi, è accessibile anche a telescopi amatoriali. Nel 2022, questa nebulosa è diventata uno dei primi oggetti osservati dal Telescopio Spaziale James Webb (JWST) della NASA. La denominazione di Nebulosa ad Anello Meridionale deriva dalla sua somiglianza con la più nota Nebulosa ad Anello (Messier 57), che si trova nella costellazione settentrionale della Lira. L’appellativo Eight-Burst Nebula si riferisce all’aspetto che la nebulosa assume in certi telescopi, evocante il numero 8. NGC 3132 è catalogata nel Nuovo Catalogo Generale e designata come Caldwell 74 nel catalogo Caldwell, che elenca oggetti del cielo profondo visibili con strumenti amatoriali.

Un’immagine nel vicino infrarosso della nebulosa planetaria NGC 3132, acquisita utilizzando lo strumento NIRCAM, è stata rilasciata. Credito immagine: NASA, Agenzia Spaziale Europea (ESA), Agenzia Spaziale Canadese (CSA), Istituto di Scienze del Telescopio Spaziale (STScI). Le nebulose planetarie rappresentano la fase finale nella vita di stelle di massa intermedia (stelle con masse comprese tra 1 e 8 volte quella del Sole), che evolvono allontanandosi dalla sequenza principale e si espandono in giganti rossi. Durante l’ultima fase di giganti rossi, queste stelle espellono periodicamente strati di materiale, e il risultato finale è una gigantesca bolla di gas e polvere. Queste bolle sono ionizzate dai caldi nuclei stellari esposti, i resti delle stelle centrali. Lo stesso destino attende il nostro Sole tra circa 6 miliardi di anni. La Nebulosa ad Anello Meridionale ed altre nebulose planetarie rappresentano effettivamente gli strati esterni espulsi di stelle evolute che hanno raggiunto la fine della loro vita. Sono chiamate nebulose planetarie poiché la loro forma rotonda ricorda vagamente quella di un pianeta quando osservate attraverso un telescopio; tuttavia, non hanno affatto a che fare con i pianeti. L’origine del termine “nebulosa planetaria” è incerta, ma il termine era già in uso prima del XIX secolo. Le nebulose planetarie hanno una vita relativamente breve, durando solo circa 10.000 anni prima che le stelle centrali si raffreddino, rendendo invisibile la nebulosità circostante. La Nebulosa ad Anello Meridionale si dissiperà nel giro solo di migliaia di anni. Gli elementi contenuti dentro le nebulose planetarie, come carbonio, ossigeno e azoto, vengono riciclati nello spazio circostante e possono contribuire alla formazione di nuove stelle e pianeti. Le nuove generazioni di stelle formate in questi ambienti tendono ad avere una metallicità più alta. Anche se contengono quantità relativamente piccole di metalli, questi elementi influenzano enormemente la loro evoluzione. La Nebulosa ad Anello Meridionale ha un diametro di 0,4 anni luce e appare praticamente di fronte. Se comparata sul bordo, la sua forma tridimensionale somiglierebbe a due ciotole unite nella parte inferiore, aperte ai lati e con un grande buco al centro. La nube di gas in espansione è stata generata quando una stella in fase di invecchiamento ha espulso i suoi strati esterni, lasciando un nucleo caldo. La stella centrale ha periodicamente espulso gusci di polvere e gas in tutte le direzioni per millenni. Il materiale espulso – il gas luminoso – ora forma la nebulosa planetaria. La luce ultravioletta della stella centrale ionizza il guscio espandente, producendo l’aspetto di una nebulosa dai colori vivaci. La nana bianca centrale ha una temperatura superficiale di circa 100.000 kelvin e la sua calda superficie riscalda il gas nella nebulosa.

La nebula ad Anello Meridionale (JWST), credito immagine: Judy Schmidt (CC BY 2.0). La stella centrale ha un compagno di magnitudine 10 molto vicino. Anche se il compagno non ha ancora raggiunto la fine della sua vita, è probabile che produrrà una nebulosa planetaria quando arriverà a quel punto. Il nucleo della nebulosa planetaria (PNN) è una stella di magnitudine 16. Entrambe le stelle illuminano gli strati esterni della nebulosa. Il gas espulso si sta allontanando dalla nana bianca centrale a una velocità di 9 miglia al secondo. Il gas più caldo si trova nella regione interna, mentre quello più freddo è più lontano dalla stella centrale, al margine della nebulosa. Uno studio pubblicato nel 2022 ha riportato la scoperta di una nube di polvere asimmetrica attorno alla nana bianca centrale, con un’estensione radiale di 2 o più arcosecondi. Gli autori dello studio hanno trovato che la stella compagna, una stella di sequenza principale bianca di tipo spettrale A2V, si trova a 1.696 arcosecondi a nord-est della nana bianca ed è gravitazionalmente legata ad essa. I risultati si basano sul tracciamento del movimento orbitale relativo tra le due stelle nel corso di circa 20 anni, combinato con dati fotometrici ottenuti dalle immagini del Telescopio Spaziale James Webb nel 2022. La compagna A2V, catalogata come HD 87892, è stata segnalata per la prima volta da Méndez nel 1978. Essa forma una coppia fisica con la stella centrale, come confermato dal loro simile movimento proprio ottenuto nel Gaia Data Release 3. La separazione fisica tra le due stelle è di 1.277 ± 34 unità astronomiche. Il raggio orbitale della coppia binaria è simile all’estensione radiale della nube di polvere. L’appiattimento nella nube sul lato rivolto verso la stella A2V suggerisce che la nube e la stella stanno interagendo. L’emissione termica dalla polvere indica una nube con raggio di almeno 1.785 unità astronomiche, una massa di polvere di circa 1.3 x 10-2 masse terrestri, e grani composti per il 70% da silicati e per il 30% da carbonio amorfo. Gli autori dello studio hanno proposto uno scenario evolutivo in cui un sistema stellare triplo – la stella centrale, un compagno vicino e la più distante stella di tipo A – abbia formato un sistema stabile nella sequenza principale che è divenuto successivamente dinamicamente instabile, causando le espulsioni di massa da cui si è formata la nebulosa planetaria. L’instabilità dinamica è stata provocata da una forte interazione binaria tra la coppia interna, che ha portato alla perdita della maggior parte dell’involucro del componente primario. La severa riduzione della massa nella stella centrale ha causato l’espansione dell’orbita della stella A2V, risultando in una maggiore separazione tra le due stelle. Uno studio del 2022 sulla Nebulosa ad Anello Meridionale ha proposto che il sistema stellare nella nebulosa fosse in effetti quadruplo. La presenza di una seconda stella compagna è stata indicata dall’esistenza di un disco avvolto attorno alla nana bianca. La stella di tipo A si trova troppo lontano dalla nana bianca per essere responsabile del disco di polvere. Si crede che il compagno orbitante abbia strappato gas dalla stella centrale, accelerando le ultime fasi del suo ciclo di vita. La stella è troppo debole per essere rilevata o potrebbe essere stata distrutta nell’interazione e fusa con il progenitore della nebulosa planetaria. Un team internazionale di quasi 70 astronomi ha anche trovato archi concentrici rotti nell’alone esteso della nebulosa, indicando la presenza di un altro compagno. Strutture concentriche simili sono state osservate nella nebulosa circostante la stella WR 140, anch’essa immortalata dal telescopio Webb della NASA.

Il Telescopio Spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA offre viste drammaticamente diverse della stessa scena! Ogni immagine combina luce nel vicino e medio infrarosso proveniente da tre filtri della Near-Infrared Camera (NIRCam) e del Mid-Infrared Instrument (MIRI). A sinistra, l’immagine di Webb della Nebulosa ad Anello Meridionale (NGC 3132) evidenzia il gas molto caldo che circonda le stelle centrali. Questo gas caldo è interrotto da un anello netto di gas più freddo, il quale è visibile in entrambe le immagini. A destra, l’immagine di Webb segue i getti sparsi della stella che hanno raggiunto più lontano nel cosmo. La maggior parte del gas molecolare al di fuori della banda di gas più freddo è anch’essa fredda. Risulta anche molto più irregolare, composta da densi nodi di gas molecolare che formano un alone attorno alle stelle centrali. Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, O. De Marco (Università di Macquarie), J. DePasquale (STScI). Il ring di gas caldo riscaldato dalla nana bianca centrale presenta protuberanze che indicano la presenza di più stelle. La modellazione 3D utilizzando dati dall’Osservatorio Astronomico Europeo (ESO) insieme all’immagine ottenuta con il JWST ha rivelato che le protuberanze si presentano a coppie e si muovono in direzioni opposte rispetto alla stella centrale. Gli astronomi credono che l’interazione ravvicinata che ha prodotto il disco di polvere potrebbe aver coinvolto non una ma due stelle compagne vicine. L’interazione caotica con la stella centrale potrebbe aver prodotto i getti che hanno spinto queste protuberanze. La presenza di ulteriori compagni non è stata confermata. Gli autori dello studio propongono con un buon grado di certezza che il sistema stellare che ha creato la nebulosa contenga la coppia di stelle che appaiono come gli occhi della nebulosa, una stella responsabile di strappare il gas per formare il disco attorno alla stella centrale, e un altro compagno che ha lasciato gli archi concentrici nella bolla di gas a forma di uovo che forma l’anello della nebulosa. Lo studio è stato guidato da Orsola de Marco, Professoressa di Astrofisica presso l’Università di Macquarie a Sydney, Australia. È stato pubblicato su Nature Astronomy nel dicembre 2022.

Immagine del Telescopio Webb

La Nebulosa ad Anello Meridionale è stata uno dei primi obiettivi del telescopio James Webb della NASA, succeduto all’Hubble. Un’immagine di NGC 3132 è stata rilasciata insieme a quelle del gruppo di galassie Quintetto di Stephan nella costellazione del Pegaso, della Nebulosa Carina nella Carina, della vista del campo profondo del gruppo di galassie SMACS 0723 nella Volans, e dell’esopianeta WASP-96b nella Fenice. Le immagini JWST della Nebulosa ad Anello Meridionale sono state catturate con la Near-Infrared Camera (NIRCam) e il Mid-Infrared Instrument (MIRI) e presentate martedì 12 luglio 2022. Le date di esposizione sono state il 3 giugno (NIRCam) e il 12 giugno 2022 (MIRI). L’immagine NIRCam ha una risoluzione più alta, mentre l’immagine MIRI rivela la polvere attorno alle stelle centrali. NIRCam è stata costruita da team dell’Università dell’Arizona e del Centro per le Tecnologie Avanzate di Lockheed Martin, mentre MIRI è stata progettata e costruita da un consorzio di istituti europei in collaborazione con il Jet Propulsion Laboratory (JPL) e l’Università dell’Arizona.

Questa comparazione affiancata mostra osservazioni della Nebulosa ad Anello Meridionale in luce del vicino infrarosso (L) e luce nel medio infrarosso (R), dal Telescopio Webb della NASA. La stella centrale ha una nana bianca che orbita attorno a essa in basso a sinistra. Nell’immagine della Near-Infrared Camera (NIRCam), la nana bianca è parzialmente nascosta da un picco di diffrazione. La stessa stella appare – ma più luminosa, più grande e più rossa – nell’immagine del Mid-Infrared Instrument (MIRI). Le immagini appaiono molto diverse perché NIRCam e MIRI raccoglievano lunghezze d’onda di luce differenti. NIRCam fornisce immagini ad alta risoluzione, mentre MIRI esplora lunghezze d’onda più lunghe e può osservare polvere brillante attorno alle stelle. Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI. Gli osservazioni del Webb mostrano una visione molto più dettagliata della Nebulosa ad Anello Meridionale rispetto alle immagini di Hubble. La nana bianca appare più grande e rossastra nelle lunghezze d’onda del medio infrarosso perché è immersa in uno strato denso di polvere. La stella ha probabilmente espulso i suoi ultimi strati e non è chiaro perché sia avvolta nella polvere. Il materiale potrebbe essere stato trasferito dalla compagna più luminosa. La compagna, che appare blu nell’immagine MIRI, è in un’orbita ristretta. Non ha ancora raggiunto le fasi finali del suo ciclo vitale. La compagna orbita attorno alla nana bianca calda mentre quest’ultima espelle periodicamente gusci di materiale, e contribuisce alla distribuzione del gas e della polvere espulsi. Insieme, il sistema stellare produce le nebulose tenui e asimmetriche. Ogni guscio di gas è il prodotto di un episodio di perdita di massa. Il guscio più ampio e più freddo è stato espulso prima, mentre quelli più vicini al centro della nebulosa sono stati espulsi più di recente. La stella centrale ha espulso almeno otto strati di polvere e gas negli ultimi millenni. I gusci permettono agli astronomi di studiare la storia del sistema. La distribuzione delle molecole all’interno della nube di gas contribuirà a approfondire la comprensione di questi oggetti.

La Nebulosa ad Anello Meridionale – Questa immagine del Mid-Infrared Instrument (MIRI) offre anche un’incredibile quantità di dettagli, inclusi un insieme di galassie distanti sullo sfondo. La maggior parte dei punti luminosi multicolori sono galassie, non stelle. Piccole triangoli segnano i bordi circolari delle stelle, inclusa una blu all’interno dei bordi inferiori rossi della nebulosa, mentre le galassie appaiono come cerchi deformati, linee dritte e spirali. Credito: NASA, ESA, CSA, STScI. Un filamento blu che appare sul lato sinistro dell’immagine in medio infrarosso è una galassia vista di taglio. Zoomando sulla galassia nell’immagine nel vicino infrarosso, sarà possibile rivelare la sua corsia di polvere scura. È la più evidente tra le galassie lontane catturate dal JWST. Le galassie che appaiono piccole e rosse sono le più lontane. Le immagini ad alta risoluzione della nebulosa possono essere scaricate su WebbTelescope.org. L’immagine nel vicino infrarosso della Nebulosa ad Anello Meridionale rivela i buchi nel gas che permettono alla luce delle stelle centrali di passare. I sottili raggi di luce sono visibili nell’immagine. Alcuni della luce stellare non può fuggire da aree nella regione centrale in cui la polvere e il gas sono più densi. La nana bianca centrale appare lungo i picchi di diffrazione del compagno, nella posizione delle 8. La James Webb Space Telescope, il telescopio spaziale orbitale più potente mai costruito, è un progetto internazionale guidato dalla NASA, dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e dall’Agenzia Spaziale Canadese (CSA). Lanciate il 25 dicembre 2021, la vasta struttura è stata progettata principalmente per l’astronomia infrarossa. La sua risoluzione e sensibilità consentono agli astronomi di studiare la formazione delle prime galassie, indagare su asili stellari e potenziali esopianeti abitabili, e vedere la luce degli oggetti formati nell’universo primordiale. Oltre a catturare oggetti cosmici spettacolari, queste osservazioni aiutano gli scienziati ad ottenere una comprensione migliore dell’universo e di come si è evoluto dopo il Big Bang.

NGC 3132 è un esempio notevole di nebulosa planetaria. Questa nube di gas in espansione, che circonda una stella morente, è conosciuta dagli astronomi amatoriali nell’emisfero meridionale come la nebulosa Eight-Burst o la nebulosa ad Anello Meridionale. Immagine: Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA/ESA). NGC 3132 è stata precedentemente catturata dalla Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) sul Telescopio Spaziale Hubble della NASA a metà degli anni ’90. L’immagine della nebulosa è stata scattata nel dicembre 1995 e rilasciata nel novembre 1998. L’immagine prodotta dal Hubble Heritage Team dello Space Telescope Science Institute (STScI) mostrava le due stelle al centro della nebulosa: una brillante e una molto più tenue. La stella più debole è la nana bianca centrale. Essa illumina la nebulosa circostante con radiazione ultravioletta che rende fluorescente il materiale nebuloso. La straordinaria forma della nebulosa e le asimmetrie della sua struttura catturate nell’esposizione di un’ora da parte di Hubble sono ancora poco comprese.

Posizione

La Nebulosa ad Anello Meridionale si trova nella costellazione della Vela, al confine con l’Antlia. Può essere trovata approssimativamente a metà strada tra Suhail (Lambda Velorum) e Iota Antliae. La nebulosa è largamente sconosciuta agli osservatori nell’emisfero settentrionale poiché rimane sotto l’orizzonte per la maggior parte dell’anno. Compare bassa sopra l’orizzonte meridionale durante i mesi invernali. Situata alla declinazione di 40° 26′ S, non è visibile da località a nord della latitudine di 48 – 49° N.

La posizione della Nebulosa ad Anello Meridionale (NGC 3132), immagine: Stellarium. Gli osservatori nell’emisfero meridionale possono vedere la Nebulosa ad Anello Meridionale per la maggior parte dell’anno. La nebulosa è uno dei bersagli più popolari tra gli astronomi amatoriali. I telescopi rivelano la forma ovale della nebulosa, ma i filamenti intricati e i dettagli della struttura della nebulosa possono essere catturati solo fotograficamente. Il miglior periodo dell’anno per osservare le stelle e gli oggetti del cielo profondo nella Vela è durante il mese di marzo, quando la costellazione s’innalza alta sull’orizzonte nel cielo serale.

Nebulosa ad Anello Meridionale – NGC 3132

Costellazione: Vela Ascensione retta: 10h 07m 01.7656422504s Declinazione: −40° 26′ 11.130553032″ Magnitudine apparente: 9.87 Dimensione apparente: 62” x 43” Diametro: 0.4 anni luce Distanza: 2.000 anni luce (613 parsec) Nomi e designazioni: Nebulosa Eight-Burst, Nebulosa ad Anello Meridionale, NGC 3132, Caldwell 74, ESO 316-27, Hen 2-40, PK 272+12 1, PKS J1007-4026, PKS 1004-401, PN G272.1+12.3, VV 54, VV’ 94, ARO 504, StWr 4-8, WRAY 15-501

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