A second ring on NGC 6302, the butterfly nebula, has been discovered

Butterfly Emerges from Stellar Demise in Planetary Nebula NGC 6302. This celestial object looks like a delicate butterfly. But it is far from serene. Credit: NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team.

NGC 6302 is a planetary nebula of the bipolar type in the constellation of Scorpius, also known as the butterfly nebula. Since it is included in the New General Catalogue, this object is known at least since 1888. The first known study of NGC 6302 dates back to 1907 and was conducted by Edward Emerson Barnard, whom drew and described this nebula.

At a distance of 3400 light years from Earth, NGC 6302 is one of the more complex nebulas known. Its spectrum shows that its central star is one of the hottest objects in the Universe, with a temperature above to 200,000 K. It has not been possible to observe it since it is surrounded by a dense equatorial disc composed of dust and gas, which hides it in every wavelength. This dense disc is postulated to have caused the star's outflows to form a bipolar structure. The central star, a white dwarf, was only recently discovered (Szyszka et al. 2009), using the upgraded Wide Field Camera 3 on board the Hubble Space Telescope.

This new ring is younger than the first, it expands much faster and it is oriented in another direction. It was a team of researchers led by the Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) of Spain who has discovered the second ring in the Butterfly Nebula (NGC 6302). The investigation took place at the ALMA Observatory in the Chilean desert of Atacama. the study has been published in the magazine Astronomy & Astrophysics.

“Planetary nebulas are the consequence of a slow stellar death: star of low and intermediate mass (they have up to eight solar masses) which go through different phases in which the star expands, multiplying it radius, and eject to space the matter which forms it. Finally, in the centre a dense core from the dead star is left over, a white dwarf surrounded by dust and gas”, explains Miguel Santander investigator at the CSIC of the Instituto de Ciencia de Materiales in Madrid. 

Left panel: HST/WFPC2 F673N image of the central region of NGC 6302. Middle panel: Both rings are apparent in the figure, the main ring running almost vertically, the other inclined, and its major axis running almost along the northwest to southeast direction. Right panel: Intensity-weighted mean radial velocities in the same intervals as in the middle panel, revealing an expanding kinematics for both structures. The colour-velocity correspondence is shown to the right of the panel. Credit: Astronomy & Astrophysics.

Some nebulas have around it core a ring of gas and dust, usually associated with extreme symmetry, however it is unknown if this is cause by the stellar winds of the star or by the presence of a companion star or due to magnetic fields. This rings are usually dense and thick. In the case of the butterfly nebula, the formation process started about 5,000 years and lasted for more or less for 2,000 years. Later in a time window of between 3,600 to 4,700 years the bipolar jets were created, known as lobes, which gives to the nebula it characteristic shape of diabolo. 

“This nebula doesn’t have a single symmetry axis. Around 2,200 years ago, another jet surfaced from its core with a different symmetry. So there is a third lobe, younger and with a different axis to the principal lobes which are older. Alongside an in a similar era, another structure was formed, something that was unknown until now: a second ring” added the investigator. 

A surprising finding 

The initial target for the team of investigators of the Molecular Astrophysics Group led by Santander was to study if around some evolved stars there were small discs of gas and dust in rotation, and so this nebula was one of the targets chosen for this study. However, they discovered something quite different.

“In the beginning, observing in the visible range of electromagnetic spectrum, we saw a filament in the shape of an arc wrapped around the main lobes. But the information of ALMA, which works in the submillimetre range of light, confirmed that it was a younger ring than the first, and expanding rapidly which was oriented in another direction”, pointed out the investigator. 

Even if this is not the first nebula discovered to have various rings with different degrees of inclination, it is the first one in which the estimation of ages between the rings a considerable. Also, the secondary discs in other nebulas are as massive as the main ones and in this case the secondary rings is only 2.8 masses of Jupiter (the proportion of the main ring is much more massive than the secondary).

Possible origin 

The investigators are considering various theories of the possible origin of the second ring of material. The first one proposes the existence of a triple system in which one of the stars may have gone its red giant phase, destabilizing the entire group, and the remaining stars may have cause the new ring. 

In the second hypothesis the ring could be the result of the destruction of a gas giant planet which may have been in orbit too close to the star during the star’s evolution to a red giant. “both scenarios are speculations. It would be necessary later studies to confirm o rule out this hipótesis”, said Miguel Santander. 

Sources: CSIC, Astronomy & Astrophysics, Wikipedia

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Descubren un segundo anillo en NGC 6302, la Nebulosa del Insecto

Model sketch of the molecular region of NGC 6302 as seen from di erent orientations. Credit: Astronomy & Astrophysics.

NGC 6302 es una nebulosa planetaria bipolar en la constelación de Scorpius, también conocida como nebulosa del Insecto o nebulosa de la Mariposa. Al estar incluida en el Nuevo Catálogo General, este objeto es conocido al menos desde 1888. El primer estudio conocido de NGC 6302 data de 1907 y fue llevado a cabo por Edward Emerson Barnard, quien dibujó y describió esta nebulosa.

A una distancia de 3400 años luz de la Tierra, NGC 6302 es una de las nebulosas planetarias más complejas que se conocen. Su espectro muestra que su estrella central es uno de los objetos más calientes del universo, con una temperatura superior a 200.000 K. No ha podido ser observada al estar rodeada de un denso disco ecuatorial compuesto de polvo y gas, que la oculta en todas las longitudes de onda. Este disco denso puede ser el responsable de que los flujos de la estrella formen una estructura bipolar. La estrella central, una enana blanca, fue recientemente descubierta (Szyszka et al. 2009), usando la Cámara de Gran Angular 3 a bordo del Telescopio espacial Hubble.

Location of NGC 6302. Wikipedia.

Este nuevo anillo es más joven que el primero, se expande más rápido y está orientado en otra dirección. Ha sido un equipo de investigadores liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España ha descubierto el segundo anillo en la Nebulosa del Insecto o de la mariposa (NGC 6302). La investigación se llevó a cabo en el Observatorio ALMA, en el desierto chileno de Atacama. El estudio ha sido publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

“Las nebulosas planetarias son el fruto de una lenta muerte estelar: estrellas de masas baja e intermedia (tienen hasta ocho masas solares) que atraviesan varias fases en las que el astro se hincha, multiplicando su radio, y eyecta al medio la materia que la compone. Finalmente, en el centro queda el núcleo denso de la estrella muerta, una enana blanca rodeada de polvo y gas”, explica Miguel Santander, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid. 

Algunas nebulosas tienen, alrededor del núcleo, un anillo de gas y polvo normalmente asociado a la simetría extrema, aunque se desconoce si son debidos a los vientos de la estrella, a la presencia de una compañera o a los campos magnéticos. Estos anillos suelen ser muy densos y espesos. En el caso de la Nebulosa del Insecto, el proceso de creación del anillo principal comenzó hace unos 5.000 años y duró aproximadamente unos 2.000. Más tarde, en un espacio de tiempo que iría entre hace 3.600 y 4.700 años, se crearon los chorros bipolares, conocidos como lóbulos, que dan a la nebulosa su característica forma de diábolo. 

“Esta nebulosa no tiene un único eje de simetría. Hace unos 2.200 años, otro chorro surgió del núcleo con una simetría distinta. Es decir, hay un tercer lóbulo, más joven y con un eje distinto al de los lóbulos principales, más antiguos. Paralelamente, en una época similar, se formó otra estructura cuya existencia se desconocía hasta ahora: un segundo anillo”, añade el investigador.

Un hallazgo inesperado 

El objetivo inicial del equipo de investigadores del Grupo de Astrofísica Molecular que lidera Santander era estudiar si alrededor de algunas estrellas evolucionadas había pequeños discos de gas y polvo en rotación y esta nebulosa fue uno de los objetos elegidos para ello. Sin embargo, lo que descubrieron fue algo totalmente distinto. 

“Al principio, observando en el rango visible del espectro electromagnético, veíamos un filamento en forma de arco envuelto en los lóbulos principales. Pero los datos de ALMA, que funciona en el rango milimétrico y submilimétrico de la luz, han confirmado que se trata de un anillo más joven que el primero, que se expande más rápido y está orientado en otra dirección”, apunta el investigador. 

Aunque no es la primera nebulosa descubierta con varios anillos con distintos grados de inclinación, sí es la primera vez que se estima que hay bastante diferencia de edad entre los anillos. Además, los discos secundarios de otras nebulosas son casi tan masivos como los primarios y, en este caso, el anillo secundario tiene solo 2,8 masas de Júpiter (el anillo principal es, en proporción, mucho más masivo).

Posible origen 

Los investigadores barajan varias teorías sobre el posible origen del segundo anillo de material. La primera plantea la existencia de un sistema triple en el que una de las estrellas habría pasado por la fase de gigante roja, desestabilizando a todo el conjunto, y las otras dos estrellas podrían haber originado el nuevo anillo.

En la segunda hipótesis el anillo podría ser el resultado de la destrucción de un planeta gigante gaseoso que hubiese estado en una órbita demasiado cercana a la estrella durante su proceso de evolución a gigante roja. “En ambos casos se trata de especulaciones. Serán necesarios posteriores estudios para confirmar o desmentir estas hipótesis”, concluye Miguel Santander.

Fuentes: CSIC, Astronomy & Astrophysics, Wikipedia