Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha ottenuto immagini della Nebulosa dell'Anello, una degli esempi più noti di una nebulosa planetaria. Essa mostra strutture intricate delle fasi finali di una stella morente. Roger Wesson dell'Università di Cardiff ci racconta di più su questa fase del ciclo di vita stellare di una stella simile al Sole e su come le osservazioni di Webb hanno dato a lui e ai suoi colleghi preziose intuizioni sulla formazione e l'evoluzione di questi oggetti, suggerendo un ruolo chiave per i compagni binari.
«Una volta si pensava che le nebulose planetarie fossero oggetti semplici e rotondi con una singola stella morente al centro. Sono stati chiamati per il loro aspetto sfocato e simile a un pianeta attraverso “piccoli telescopi”. Solo poche migliaia di anni fa, quella stella era ancora una gigante rossa che stava perdendo la maggior parte della sua massa.
La Nebulosa dell'Anello è un bersaglio ideale per svelare alcuni dei misteri delle nebulose planetarie. «È nelle vicinanze, a circa 2.200 anni luce di distanza, e luminoso, visibile con il binocolo in una limpida sera d'estate dall'emisfero settentrionale e da gran parte del sud. Il nostro team, chiamato ESSENcE (Evolved StarS and their Nebulae in the JWST Era), è un gruppo internazionale di esperti su nebulose planetarie e oggetti correlati. Ci siamo resi conto che le osservazioni di Webb ci avrebbero fornito informazioni preziose, dal momento che la Nebulosa dell'Anello si adatta perfettamente al campo visivo degli strumenti NIRCam (Near-Infrared Camera) e MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb, permettendoci di studiarlo con dettagli spaziali senza precedenti. La nostra proposta di osservarla è stata accettata (programma General Observers 1558), e Webb ha catturato le immagini della Nebulosa dell'Anello poche settimane dopo l'inizio delle operazioni scientifiche il 12 luglio 2022».
Lo scienziato ammette lo stupore. «Quando abbiamo visto per la prima volta le immagini, siamo rimasti sbalorditi dalla quantità di dettagli. L'anello luminoso che dà il nome alla nebulosa è composto da circa 20.000 singoli ciuffi di denso idrogeno molecolare, ognuno dei quali grande quanto la Terra. All'interno dell'anello, c'è una stretta banda di emissione da idrocarburi policiclici aromatici, o IPA - complesse molecole contenenti carbonio che non ci aspetteremmo di formare nella Nebulosa dell'Anello. Al di fuori dell'anello luminoso vediamo curiose picche che puntano direttamente lontano dalla stella centrale, che sono prominenti nell'infrarosso ma erano solo molto debolmente visibili nelle immagini del telescopio spaziale Hubble. Pensiamo che questi potrebbero essere dovuti a molecole che possono formarsi nelle ombre delle parti più dense dell'anello, dove sono schermate dalla radiazione diretta e intensa della stella centrale calda. Le nostre immagini MIRI ci hanno fornito la visione più nitida e chiara del debole alone molecolare al di fuori dell'anello luminoso. Una rivelazione sorprendente è stata la presenza di un massimo di dieci caratteristiche concentriche regolarmente distanziato all'interno di questo debole alone. Questi archi devono essersi formati circa ogni 280 anni mentre la stella centrale stava perdendo i suoi strati esterni. Quando una singola stella si evolve in una nebulosa planetaria, non c'è nessun processo che sappiamo che ha quel tipo di periodo di tempo. Invece, questi anelli suggeriscono che ci deve essere una stella compagna nel sistema, in orbita circa lontana dalla stella centrale come Plutone dal nostro Sole».
Mentre la stella morente stava gettando via la sua atmosfera, la stella compagna ha modellato il deflusso e lo ha scolpito. Nessun telescopio precedente aveva la sensibilità e la risoluzione spaziale per scoprire questo sottile effetto. «Allora, come ha fatto una stella sferica a formare una nebulosa così strutturata e complicata come la Nebulosa dell'Anello? Un piccolo aiuto da un compagno binario potrebbe essere parte della risposta».