Mgławice planetarne są rozszerzającymi się pociskami gazowymi, które są wyrzucane przez gwiazdy podobne do Słońca pod koniec ich życia. Gwiazdy podobne do Słońca spędzają większość swojego życia spalając wodór w hel. Pod koniec tej fazy syntezy wodoru gwiazdy te zwiększają swoją średnicę około 100 razy i stają się „czerwonymi gigantycznymi gwiazdami”. Pod koniec fazy czerwonego olbrzyma zewnętrzne warstwy gwiazdy zostają zdmuchnięte. Wyrzucony gaz nadal rozszerza się z pozostałej gwiazdy centralnej, która później przekształca się w „białego karła”, gdy ustanie wszelka fuzja jądrowa. Astronomowie wierzą, że mgławica planetarna powstaje, gdy szybki wiatr gwiezdny, który pochodzi z centralnej gwiazdy, łapie wolniejszy wiatr wytworzony wcześniej, gdy gwiazda wyrzuci większość swoich zewnętrznych warstw. Na granicy dwóch wiatrów dochodzi do szoku, który wytwarza widoczną gęstą powłokę charakterystyczną dla mgławic planetarnych. Pocisk gazowy jest wzbudzony i oświetlony światłem emitowanym przez gorącą gwiazdę centralną. Światło gwiazdy centralnej może oświetlać mgławicę planetarną przez około 10 000 lat.
Obserwowane kształty mgławic planetarnych są bardzo zagadkowe: większość z nich (około 80%) ma charakter raczej dwubiegunowy lub eliptyczny niż sferycznie symetryczny. Ta złożoność doprowadziła do pięknych i niesamowitych zdjęć uzyskanych za pomocą nowoczesnych teleskopów. Poniższe zdjęcia porównują mgławice planetarne z kształtami dwubiegunowymi (po lewej) i kulistymi (po prawej).
Powód, dla którego większość mgławic planetarnych nie jest sferycznych, nie jest dobrze poznany. Do tej pory rozważono kilka hipotez. Jedna z nich sugeruje, że dziwne kształty mgławic planetarnych mogą wynikać z efektu odśrodkowego wynikającego z szybkiego obrotu czerwonych olbrzymów. Inna teoria mówi, że na symetrię wiatru gwiazdy może wpływać gwiazda towarzysząca. Jednak najnowsze i przekonujące teorie wyjaśniające kształty mgławic dotyczą pól magnetycznych.
Obecność pól magnetycznych ładnie wyjaśni skomplikowane kształty mgławic planetarnych, ponieważ wyrzucona materia jest uwięziona wzdłuż linii pola magnetycznego. Można to porównać do opiłków żelaza uwięzionych wzdłuż linii pola magnesu prętowego - klasyczna demonstracja w klasach fizyki w szkole średniej. Ponieważ silne pola magnetyczne na powierzchni gwiazdy wywierają również nacisk na gaz, materia może łatwiej opuścić gwiazdę na biegunach magnetycznych, w których pole magnetyczne jest najsilniejsze.
Istnieje kilka sposobów tworzenia pól magnetycznych w pobliżu mgławic planetarnych. Pola magnetyczne mogą być wytwarzane przez dynamo gwiezdne podczas fazy wyrzucania mgławicy. Aby istniało dynama, jądro gwiazdy musi obracać się szybciej niż obwiednia (jak ma to miejsce w Słońcu). Możliwe jest również, że pola magnetyczne są kopalnymi reliktami poprzednich etapów ewolucji gwiazd. W większości przypadków materia w gwiazdach jest tak bardzo przewodząca elektrycznie, że pola magnetyczne mogą przetrwać miliony lub miliardy lat. Oba mechanizmy, w połączeniu z oddziaływaniem wyrzuconej materii z otaczającym gazem międzygwiezdnym, byłyby w stanie kształtować mgławice planetarne.
Do niedawna pomysł, że pola magnetyczne są ważnym składnikiem kształtującym mgławice planetarne, był twierdzeniem czysto teoretycznym. W 2002 r. Znaleziono pierwsze oznaki obecności takich pól magnetycznych. Obserwacje radiowe ujawniły pola magnetyczne w obwiedniach gwiazd wokół gwiazd. Te otoczki okołogwiazdowe są rzeczywiście przodkami mgławic planetarnych. Jednak nigdy nie zaobserwowano takiego pola magnetycznego w samych mgławicach. Aby uzyskać bezpośredni ślad obecności pól magnetycznych w mgławicach planetarnych, astronomowie postanowili skupić się na gwiazdach centralnych, w których pola magnetyczne powinny były przetrwać.
Ten pierwszy bezpośredni dowód został już uzyskany. Po raz pierwszy Stefan Jordan i jego zespół wykryli pola magnetyczne w kilku centralnych gwiazdach mgławic planetarnych. Za pomocą spektrografu FORS1 bardzo dużego teleskopu klasy 8 m (VLT, Europejskie Obserwatorium Południowe, Chile) zmierzyli polaryzację światła emitowanego przez cztery z tych gwiazd. Sygnatury polaryzacyjne w liniach widmowych umożliwiają określenie natężenia pól magnetycznych w obserwowanych gwiazdach. W obecności pola magnetycznego atomy zmieniają swoją energię w charakterystyczny sposób; efekt ten nazywa się efektem Zeemana i został odkryty w 1896 roku przez Pietera Zeemana w Lejdzie (Holandia). Jeśli atomy te absorbują lub emitują światło, światło staje się spolaryzowane. Umożliwia to określenie siły pola magnetycznego poprzez pomiar siły polaryzacji. Te sygnatury polaryzacji są zwykle bardzo słabe. Takie pomiary wymagają danych o bardzo wysokiej jakości, które można uzyskać tylko przy użyciu teleskopów klasy 8-metrowej, takich jak VLT.
Zespół zaobserwował cztery centralne gwiazdy mgławic planetarnych i we wszystkich z nich znaleziono pola magnetyczne. Te cztery gwiazdy zostały wybrane, ponieważ związane z nimi mgławice planetarne (o nazwach NGC 1360, HBDS1, EGB 5 i Abell 36) są niesferyczne. Dlatego jeśli hipoteza pola magnetycznego wyjaśniająca kształty mgławic planetarnych jest poprawna, gwiazdy te powinny mieć silne pola magnetyczne. Te nowe wyniki pokazują, że rzeczywiście tak jest: siły wykrytych pól magnetycznych wynoszą od 1000 do 3000 Gausów, czyli około tysiąc razy więcej niż natężenie globalnego pola magnetycznego Słońca.
Te nowe obserwacje opublikowane przez Stefana Jordana i jego współpracowników potwierdzają hipotezę, że pola magnetyczne odgrywają główną rolę w kształtowaniu mgławic planetarnych. Zespół planuje teraz poszukać pól magnetycznych w centralnych gwiazdach sferycznych mgławic planetarnych. Takie gwiazdy powinny mieć słabsze pola magnetyczne niż właśnie wykryte. Te przyszłe obserwacje pozwolą astronomom lepiej oszacować korelację między polami magnetycznymi a dziwnymi kształtami mgławic planetarnych.
W ciągu ostatnich kilku lat obserwacje polarymetryczne za pomocą VLT doprowadziły do odkrycia pól magnetycznych w dużej liczbie obiektów gwiezdnych w późnych stadiach ewolucyjnych. Oprócz lepszego zrozumienia tego pięknego kształtu mgławic planetarnych wykrycie tych pól magnetycznych pozwala na naukę zrobić krok naprzód w kierunku wyjaśnienia związku między polami magnetycznymi a fizyką gwiazdową.
Oryginalne źródło: NASA Astrobiology Story
