“大海撈針”：科學家從遙遠的星系中探測到行星狀星雲

據外媒報道，波茨坦萊布尼茲天體物理研究所（AIP）的研究人員利用MUSE儀器的數據，成功地探測到了遙遠星系中極其微弱的行星狀星雲。 他們所使用的方法，即圖像數據處理中的過濾算法，為宇宙距離的測量--從而也為確定哈勃常數--提供了新的可能性。

行星狀星雲出現在太陽附近是眾所周知的，它是在恆星生命末期從紅巨星演化到白矮星階段時出現的彩色天體：當恆星用完核聚變的燃料時，它將其氣體包絡層吹到星際空間，收縮，變得極熱，並激發膨脹的氣體包絡層發亮。與恆星的連續光譜不同，這個氣體包層中某些元素的離子，如氫、氧、氦和氖，只在某些波長下發光。調諧到這些波長的特殊光學濾鏡可以使微弱的星雲變得可見。在我們的銀河系中，離這種天體最近的是螺旋星雲，距離650光年。

隨着行星狀星雲距離的增加，圖像中的視直徑會縮小，綜合視亮度也會隨着距離的平方而減少。在我們的鄰近星系，仙女座星系中，在幾乎4000倍的距離上，螺旋星雲將只能看到一個小點，其視亮度將幾乎只有1500萬分之一。利用現代大型望遠鏡和長曝光時間，這樣的天體還是可以用光學濾鏡或成像光譜學來成像和測量。

這項新研究的第一作者、AIP的innoFSPEC部門的負責人Martin Roth表示：“利用AIP開發的PMAS儀器，我們在2001年到2002年在卡拉阿託天文台的3.5米望遠鏡上對仙女座星系的少數幾個行星狀星雲進行了整體場光譜分析，首次成功做到了這一點。然而，相對較小的PMAS視場還不允許調查更大的天體樣本。”

研究人員花了整整20年的時間，在一個更大的望遠鏡上使用一個視場大50多倍的更強大的儀器來進一步發展這些首次實驗。智利極大望遠鏡的MUSE主要是為了發現目前我們可以觀測到的宇宙邊緣的極暗天體而開發的--並且自第一次觀測以來，已經為此目的產生了驚人的結果。恰恰是這一特性在探測遙遠星系中極暗的PN時也發揮了作用。

NGC 474星系是一個特別好的例子，通過與其他更小的星系的碰撞，由引力作用散落的恆星形成了一個明顯的環狀結構。它大約位於1.1億光年之外，比螺旋星雲遠約17萬倍。因此，這個星系中行星狀星雲的表觀亮度是螺旋星雲表觀亮度的300億分之一，屬於團隊設計MUSE儀器所針對的宇宙學意義上的星系範圍。

AIP的一個研究小組與來自美國的同事一起開發了一種方法，利用MUSE來隔離和精確測量遙遠星系中行星狀星雲的極其微弱的信號，具有很高的靈敏度。圖像數據處理中一個特別有效的過濾算法在這裏發揮了重要作用。對於環形星系NGC 474，ESO的檔案數據是可用的，基於兩次非常深的MUSE曝光，每次5小時的觀測時間。數據處理的結果：在應用了濾波算法之後，總共有15個極其暗淡的行星狀星雲變得清晰可見。