Nebuloasa Ochiul Pisicii – ultimul spectacol al unei stele muribunde

După ce am descoperit în Nebuloasa Inelului cum o stea asemănătoare Soarelui își abandonează straturile exterioare și am urmărit în Cassiopeia A consecințele exploziei unei stele masive, călătoria noastră prin moartea stelelor continuă către unul dintre cele mai elaborate peisaje cosmice cunoscute. Nebuloasa Ochiul Pisicii sau Ochiul de Pisică (NGC 6543), se află în constelația Dragonul și reprezintă o altă etapă a transformării unei stele de masă mică sau medie într-o pitică albă. Observată de Telescopul Spațial James Webb în infraroșu, nebuloasa dezvăluie o structură mult mai complexă decât sugerează celebra sa imagine optică.

Privită printr-un telescop optic, NGC 6543 seamănă izbitor cu un ochi. În jurul stelei centrale se desfășoară bule de gaz, cochilii concentrice și jeturi care se extind în direcții opuse. Telescopul Hubble a arătat încă din anii 1990 că această nebuloasă este neobișnuit de complexă, iar observațiile ulterioare au scos la iveală cel puțin unsprezece inele concentrice. Însă ceea ce vedem în lumină vizibilă este doar o parte a poveștii.

În infraroșu, James Webb poate urmări componentele mai reci și mai greu de observat ale materiei ejectate de stea și poate analiza amprentele spectrale ale gazelor și ionilor. În cazul Ochiului Pisicii, MIRI a fost folosit chiar în timpul fazei de commissioning pentru a testa performanța instrumentului, iar rezultatele au oferit simultan o imagine în infraroșu și spectre spațial rezolvate ale nebuloasei.

Fișa de călătorie cosmică

• Destinație: Nebuloasa Ochiul Pisicii
• Denumire: NGC 6543 / Caldwell 6
• Tipul obiectului: nebuloasă planetară
• Constelația: Dragonul
• Distanța: aproximativ 3.000–4.400 ani-lumină, în funcție de estimarea utilizată
• Instrument JWST: MIRI
• Observații JWST: faza de commissioning
• Caracteristică principală: multiple cochilii, bule, filamente și jeturi produse în ultimele etape ale evoluției stelei

Cum se naște un „ochi” cosmic

În centrul Nebuloasei Ochiul Pisicii se află rămășița fierbinte a stelei care a creat întregul spectacol. Steaua a trecut prin etapele finale ale evoluției sale și și-a pierdut straturile exterioare, care au fost expulzate în spațiu.

Pe măsură ce nucleul rămas s-a contractat și s-a încălzit, radiația ultravioletă a început să ionizeze materialul ejectat. Gazul a început să strălucească, iar structurile pe care le vedem astăzi s-au format în jurul stelei centrale.

Însă Ochiul Pisicii nu este o simplă sferă de gaz care se extinde uniform. Hubble a demonstrat că nebuloasa este alcătuită din cochilii concentrice, jeturi de mare viteză și noduri de gaz afectate de unde de șoc. Structura este atât de complexă încât astronomii au propus mai multe mecanisme pentru formarea ei, inclusiv influența unei stele companion și procese ciclice asociate activității stelei centrale. Fiecare dintre aceste structuri reprezintă, într-un anumit sens, o pagină din istoria ultimelor etape ale stelei.

Un istoric al ultimelor convulsii stelare

Una dintre cele mai fascinante caracteristici ale Nebuloasei Ochiul Pisicii este sistemul de inele concentrice din jurul regiunii centrale. Aceste inele nu sunt niște cercuri perfecte desenate în spațiu. Ele reprezintă marginile unor bule aproximativ sferice de material ejectat, văzute proiectate pe cer. Ceea ce pare un desen bidimensional este, în realitate, o structură tridimensională.

Observațiile Telescopului Hubble au indicat că materia a fost eliminată în mai multe episoade. Unele interpretări au sugerat intervale de aproximativ 1.500 de ani între anumite pulsuri de ejecție, ceea ce ar însemna că steaua nu și-a pierdut atmosfera într-un singur eveniment, ci printr-o succesiune de episoade.

Această descoperire schimbă imaginea simplă a unei stele care „își aruncă în spațiu” învelișul exterior. În realitate, ultimele etape ale vieții sale pot fi mult mai dinamice. Steaua pierde materie în mai multe faze, iar fiecare nouă ejecție interacționează cu materialul expulzat anterior. Rezultatul este o nebuloasă care păstrează, asemenea unui jurnal cosmic, urmele acestor episoade.

Ce vede James Webb în infraroșu

Aici intervine una dintre cele mai interesante contribuții ale lui JWST. În timpul commissioning-ului, MIRI a observat NGC 6543 la 5,6 micrometri, iar spectrograful MIRI/MRS a descompus lumina nebuloasei în componente spectrale cu rezoluție spațială sub o secundă de arc. Datele au permis cartografierea unor linii de emisie, inclusiv hidrogenul la 12,37 μm și neonul ionizat [Ne II] la 12,8 μm.

Acest lucru este esențial deoarece fiecare linie spectrală spune ceva despre condițiile fizice din nebuloasă. Hidrogenul ne oferă informații despre gazul ionizat, în timp ce emisia neonului ionizat indică regiuni în care radiația ultravioletă a stelei centrale a modificat starea atomilor.

James Webb nu se limitează astfel la a arăta forma nebuloasei. El poate transforma nebuloasa într-o hartă a compoziției și a condițiilor fizice din interiorul ei. Este exact genul de informație care completează observațiile optice ale lui Hubble.

Nebuloasa Ochiul Pisicii văzută de telescoapele Hubble și James Webb.

O structură sculptată de mai multe forțe

Ochiul Pisicii este interesant și pentru că forma sa pare să necesite mai multe procese care acționează simultan. Există material ejectat în diferite perioade, radiația ultravioletă a nucleului fierbinte, vânturi stelare rapide și unde de șoc care se propagă prin gaz. Jeturile bipolare contribuie, la rândul lor, la aspectul alungit al anumitor regiuni.

Hubble a sugerat încă de la primele observații că structura nebuloasei ar putea fi legată de o sistem binar, deoarece complexitatea sa este dificil de explicat printr-o singură ejecție simplă. Totuși, aceasta rămâne una dintre problemele asupra cărora astronomii au propus mai multe scenarii.

Această incertitudine este importantă. O imagine spectaculoasă poate părea foarte clară, dar forma pe care o vedem nu ne spune automat și mecanismul care a produs-o. Aici observațiile în infraroșu și spectroscopia devin esențiale: ele oferă informațiile necesare pentru a testa diferitele modele.

O privire spre viitorul Soarelui

Nebuloasa Ochiul Pisicii ne oferă și o perspectivă asupra unui viitor foarte îndepărtat al Soarelui. Astrul nostru nu are masa necesară pentru a sfârși printr-o explozie de supernovă. După ce își va epuiza combustibilul nuclear, va trece prin faza de gigantă roșie și își va pierde treptat straturile exterioare. În cele din urmă va rămâne o pitică albă înconjurată temporar de materia expulzată.

Nu știm dacă Soarele va produce o nebuloasă identică cu Ochiul Pisicii. De fapt, forma unei nebuloase planetare depinde de numeroși factori, inclusiv de rata pierderii de masă, de rotația stelei și de eventualele interacțiuni cu un companion. Însă NGC 6543 ne arată cât de spectaculoasă poate fi această etapă.

Dacă în Cassiopeia A moartea unei stele masive a produs o explozie violentă, aici asistăm la o transformare mai lentă. Steaua nu își distruge instantaneu structura, ci își lasă treptat în urmă atmosfera, iar aceasta devine o sculptură cosmică.

Un ochi care se va stinge încet

Nebuloasa Ochiul Pisicii nu va rămâne pentru totdeauna așa cum o vedem astăzi. Gazul continuă să se extindă și, în următoarele mii de ani, se va dispersa tot mai mult în spațiul interstelar. Radiația stelei centrale va scădea, iar nebuloasa va deveni treptat mai slabă. În cele din urmă, ceea ce astăzi apare ca un „ochi” strălucitor va deveni mult mai greu de observat. NASA descrie nebuloasele planetare ca etape temporare în evoluția stelelor de tip solar, după care gazul se dispersează, iar nucleul rămas se răcește și evoluează ca pitică albă.

Privită astfel, Nebuloasa Ochiul Pisicii este o imagine a unei lumi aflate între două stări. Steaua care a creat-o nu mai este steaua de odinioară, dar nici nu a devenit încă o pitică albă rece și discretă. Iar gazul din jur încă poartă amprenta ultimelor sale episoade de activitate.

James Webb ne permite să privim această transformare într-o regiune a spectrului electromagnetic inaccesibilă ochiului uman și să descifrăm componentele care alcătuiesc această extraordinară arhitectură cosmică.

În Escala 13, vom părăsi nebuloasele planetare și vom merge către o altă formă de moarte stelară: SN 1987A, una dintre cele mai apropiate supernove observate în epoca modernă. Acolo vom urmări o explozie stelară al cărei ecou poate fi studiat încă și astăzi, iar James Webb ne va permite să vedem cum materialul ejectat interacționează cu mediul din jur.