Der leuchtende Nebel IC 2220, der aufgrund seiner Ähnlichkeit mit einem alten englischen Trinkgefäß den Spitznamen „Toby-Jug-Nebel“ trägt, ist ein seltener astronomischer Fund. Dieser Reflexionsnebel, der sich etwa 1200 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Carina (der Kiel) befindet, ist eine doppellappige oder bipolare Wolke aus Gas und Staub, die vom Roten Riesenstern in seinem Zentrum erzeugt und beleuchtet wird.
Diese Lebensendphase roter Riesensterne ist relativ kurz und die Himmelsstrukturen, die sich um sie herum bilden, sind selten, was den Toby-Jug-Nebel zu einer hervorragenden Fallstudie zur Sternentwicklung macht.
Dieses Bild, aufgenommen mit dem Gemini-South-Teleskop, einer Hälfte des Internationalen Gemini-Observatoriums, das vom NOIRLab der NSF betrieben wird, zeigt die prächtige, nahezu symmetrische Doppelschleifenstruktur und das leuchtende Sternherz des Toby-Jug-Nebels. Diese Merkmale sind einzigartig für Rote Riesen beim Übergang von alternden Sternen zu planetarischen Nebeln und bieten Astronomen daher wertvolle Einblicke in die Entwicklung von Sternen mit geringer bis mittlerer Masse, die sich dem Ende ihres Lebens nähern, sowie in die kosmischen Strukturen, die sie bilden.
Im Herzen des Toby-Jug-Nebels befindet sich sein Vorläufer, der Rote Riese HR3126. Rote Riesen entstehen, wenn ein Stern seinen Wasserstoffvorrat in seinem Kern verbrennt. Ohne die äußere Kraft der Fusion beginnt der Stern sich zusammenzuziehen. Dadurch steigt die Kerntemperatur und der Stern schwillt dann auf das 400-fache seiner ursprünglichen Größe an.
Obwohl HR3126 erheblich jünger als unsere Sonne ist – nur 50 Millionen Jahre alt im Vergleich zu den 4,6 Milliarden Jahren der Sonne –, hat es die fünffache Masse. Dies ermöglichte es dem Stern, seinen Wasserstoffvorrat aufzubrauchen und viel schneller als die Sonne zu einem Roten Riesen zu werden.
Als HR 3126 anschwoll, dehnte sich seine Atmosphäre aus und es begann, seine äußeren Schichten abzuwerfen. Das ausgestoßene Sternmaterial floss in die Umgebung und bildete eine prächtige Struktur aus Gas und Staub, die das Licht des Zentralsterns reflektiert. Detaillierte Untersuchungen des Toby-Jug-Nebels im Infrarotlicht haben ergeben, dass Siliziumdioxid (Silica) die wahrscheinlichste Verbindung ist, die das Licht von HR3126 reflektiert.
Astronomen gehen davon aus, dass bipolare Strukturen, die denen im Toby-Jug-Nebel ähneln, das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen dem zentralen Roten Riesen und einem binären Begleitstern sind. Frühere Beobachtungen fanden jedoch keinen solchen Begleiter von HR3126. Stattdessen beobachteten Astronomen eine äußerst kompakte Materialscheibe um den Zentralstern. Dieser Befund lässt darauf schließen, dass möglicherweise ein ehemaliger binärer Begleiter in die Scheibe geschreddert wurde, was möglicherweise die Bildung des umgebenden Nebels ausgelöst hat.
In etwa fünf Milliarden Jahren, wenn unsere Sonne ihren Wasserstoffvorrat verbraucht hat, wird auch sie zu einem Roten Riesen und schließlich zu einem planetarischen Nebel. In sehr ferner Zukunft wird von unserem Sonnensystem nur noch ein so lebendiger Nebel wie der Toby-Jug-Nebel übrig sein, in dessen Zentrum sich die langsam abkühlende Sonne befindet.
Das Bild wurde vom Kommunikations-, Bildungs- und Engagement-Team von NOIRLab im Rahmen des NOIRLab Legacy Imaging Program verarbeitet. Die Beobachtungen wurden mit Gemini South auf dem Cerro Pachón in Chile unter Verwendung eines der dualen Gemini Multi-Object Spectrographs (GMOS) durchgeführt. Obwohl Spektrographen darauf ausgelegt sind, Licht zu Untersuchungszwecken in verschiedene Wellenlängen aufzuspalten, verfügen die GMOS-Spektrographen auch über leistungsstarke Bildgebungsfähigkeiten, wie diese außergewöhnliche Ansicht des Toby-Jug-Nebels zeigt.