Descoberta da mais antiga nebulosa planetária visível hospedada por um aglomerado galáctico de 500 milhões de anos

Uma equipe internacional de astrônomos liderada por membros do Laboratório de Pesquisa Espacial (LSR) e do Departamento de Física da Universidade de Hong Kong (HKU), descobriu uma joia celeste rara - a chamada Nebulosa Planetária (PN) dentro de um 500 aglomerado aberto galáctico de um milhão de anos (OC) chamado M37 (também conhecido como NGC2099). Esta é uma descoberta muito rara de alto valor astrofísico.

Painel esquerdo: Uma imagem RGB composta de cores de 6,5 x 5 minutos de arco aprimorada de PN IPHASX J055226.2+323724 da pesquisa IPHAS (Drew et al. 2005) que confirmamos como um membro físico do aglomerado aberto galáctico M37. Vermelho = Hα, Verde = banda larga vermelho e Azul = banda larga 'i'. O CSPN está circulado em azul. Painel direito: imagem RGB de 190 x 145 segundos de arco criada a partir do SDSS com vermelho = i, verde = r e azul = banda g. Esses dados mostram claramente o fraco CSPN (seta) no centro. O norte está no topo e o leste está à esquerda em ambas as imagens. Crédito: The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac88c1

Suas descobertas acabam de ser publicadas no Astrophysical Journal Letters , de acesso aberto . PNe são as mortalhas ejetadas e brilhantes de estrelas moribundas que brilham com um rico espectro de linha de emissão e exibem, como resultado, suas cores e formas distintas que as tornam ímãs fotogênicos para o interesse público. Não foi coincidência que uma das primeiras imagens do Telescópio Espacial James Webb divulgadas ao público fosse uma PN.

O PN, com o nome desajeitado de IPHASX J055226.2+323724, é apenas o terceiro exemplo de uma associação entre um PN e um OC dos ~4.000 PNe conhecidos em nossa galáxia. Também parece ser o PN mais antigo já encontrado. A pequena equipe liderada pelo professor Quentin Parker, diretor do HKU LSR, determinou algumas propriedades interessantes para sua descoberta: Os autores descobriram que o PN tem uma idade cinemática de 70.000 anos.

Esta estimativa é baseada na rapidez com que a nebulosa está se expandindo, conforme determinado a partir das linhas de emissão PN, e supondo que essa velocidade tenha permanecido efetivamente a mesma desde o início, e é o tempo decorrido desde que a concha da nebulosa foi ejetada pela primeira vez pelo hospedeiro, um estrela moribunda. Isso se compara às idades típicas de PN de 5.000 a 25.000 anos. É realmente uma grande dama em termos de PN, mas é claro, um mero piscar de olhos em termos da vida da própria estrela original, que dura centenas de milhões de anos.

Porque esta "grande e velha dama" vive em um aglomerado estelar, esse ambiente permite que a equipe determine parâmetros adicionais poderosos que não são possíveis para a população geral de PN galáctica. Isso inclui estimar a massa da estrela progenitora do PN quando ela desligou a sequência principal estelar, derivada das propriedades observadas das milhares de estrelas no aglomerado quando plotadas em um chamado diagrama cor-magnitude.

A equipe também pode estimar a massa residual da estrela central que ejetou o PNe através de isócronas teóricas e propriedades observadas da estrela central azul e quente.  Como resultado, eles determinaram a massa da estrela que ejetou a camada gasosa PN quando ela nasceu, e quanta massa resta agora em seu núcleo quente residual e em contração (que já é uma estrela anã branca). Dados recentes de Gaia para a estrela central PN quente e azul também fornecem uma boa estimativa de distância,

Ex-HKU Ph.D. O estudante Dr. Vasiliki Fragkou, o primeiro autor do estudo, disse: "Estou muito animado por poder trabalhar nesses casos raros e fascinantes de associações OC-PN porque eles continuam apresentando resultados científicos importantes, como todos os três casos que temos encontrados são PN de borboleta (bi-polar) em termos de forma, todos são muito fracos e altamente evoluídos, e todos têm química Tipo-I de acordo com suas linhas de emissão e, é claro, todos têm massas progenitoras intermediárias a altas ".

O autor correspondente, Professor Quentin Parker, disse: "Este é apenas o terceiro exemplo de um PN encontrado em um aglomerado de estrelas aberto galáctico, e meu grupo encontrou todos os três exemplos confirmados. Eles são incrivelmente raros, mas também muito importantes, pois esses belos objetos permitem para determinar independentemente pontos na chamada relação de massa inicial para final (IFMR) para estrelas - uma importante relação astrofísica - independente do método tradicional de usar anãs brancas em aglomerados. 

Curiosamente, todos os nossos pontos estão logo abaixo da tendência empírica do IFMR atualmente estabelecido, mas aumenta a 'torção' nesta relação encontrada recentemente na faixa de duas a três massas solares para a massa original do progenitor por Marigo et al. na Nature AstronomyDiário. Nossos pontos OC-PN são encontrados fortuitamente em regiões atualmente escassamente povoadas do IFMR, tornando-os ainda mais valiosos."

O coautor Professor Albert Ziljstra, Hung Hing Ying Distinguished Professor Visitante em Ciência e Tecnologia no HKU LSR da Universidade de Manchester, disse: "Este novo resultado implica que a localização de um PN em um OC fornece um ambiente adequado para permitir que o PNe expandir e desaparecer sem interrupção pelo ISM ambiente (que normalmente é muito mais fraco em um OC) e não como seria o caso na galáxia."

Fonte: phys.org