行星狀星雲(planetary nebulae)是星雲的一種,現在觀測到的這類天體形狀各異,有的是貓眼狀、有的是奇怪的盤狀,還有的向兩邊張開像一對威武的翅膀。

這類星雲是恆星演化至生命晚期的紅巨星階段,它的氣體外殼膨脹並被電離形成的放射星雲。被稱為行星狀星雲是因為天文學家最初發現這些天體時,看到它們呈現類似於行星的圓盤狀,但又有著霧濛濛的雲氣,所以結合「行星」與「星雲」創造了這個新名詞,一直沿用至今。

按照常規的想法,恆星個個都是渾圓的球體,為甚麼膨脹後形成的星雲卻有著各式各樣的形狀?近期發表在《科學》期刊上的一份研究給出了一種解釋。

以前,科學家並未特意整合這些星雲的資料尋找它們的規律。這份研究,通過份析大量的觀測數據並建立電腦模型,發現了一種解釋:恆星與其伴星的互動,以及它死亡過程中倖存下來的大顆行星對其施加的引力,塑造了行星狀星雲的形狀。

質量為太陽8倍以上的恆星,到了生命晚期通常變成超新星爆發,而8倍太陽質量以下的恆星,到了生命晚期通常會變成一顆紅巨星。

星風(stellar wind)是恆星表面發出的物質流,是恆星質量流失的途徑之一。太陽風就是太陽發出的星風。中低質量恆星在生命晚期、在變成行星狀星雲之前,它們將先進入一個名為漸近巨星支(AGB)的階段,這個階段恆星向周圍的空間釋放大量的星風。

這份研究藉助位於智利的阿塔卡瑪大毫米波陣列(ALMA)提供的一系列AGB恆星數據,發現這些星風也有各種形狀,例如弧形、貝殼狀、對稱的雙瓣結構、螺旋狀、同心圓狀和轉盤狀等。

研究人員認為,從恆星吹出的星風應該是放射狀,肯定是周圍的其他天體影響了星風的形狀,比如雙星系統中另一顆伴星,或是這個恆星系統中存在像木星這樣大顆行星,可能因為太暗觀測不到,但是它們足夠大對星風產生影響。

研究者用電腦模擬了具有各種伴星、行星情況下的紅巨星所產生的星風模型,發現觀測到的每一種星風的形狀,都能由相應的模型而產生。

研究者之一比利時天主教魯汶大學(KU Leuven)的德欽(Leen Decin)說:「就像你用湯匙攪動咖啡將造成螺旋波紋一樣,伴星把物質吸入的過程也會影響星風的形狀。」

研究人員發現,所有星風的形狀都和行星狀星雲的形狀類似,這說明這兩個階段恆星形態的構成有著類似的機制。

這份研究對太陽未來形成的星雲也進行了推測。

幾十億年後,太陽也將變成一顆紅巨星。到時候水星、金星,包括地球都會被摧毀,近期研究認為,但是木星、土星有可能可以倖存,雖然不會留存很長時間,但是也有足夠的時間對太陽形成的星雲產生影響。

雖然太陽的周圍沒有伴星,研究者認為木星、土星的質量足夠大,到時候它們的引力將在太陽AGB階段的星風中刻畫出一些弧形或貝殼狀的紋路。◇