明星的死亡通常被認為是一個暴力而惡劣的環境，充滿了摧毀脆弱分子的灼熱輻射。然而，來自詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的新觀測結果顯示，在這樣的條件下，乾冰竟然能夠生存。天文學家在研究戲劇性的NGC 6302時，發現了被嵌入在其塵埃結構中的凍結二氧化碳（乾冰）。該星雲位於天蠍座，距離地球約3,400光年，而這一發現標誌著在任何行星星雲中首次確認了乾冰的存在。
研究者在他們的研究中指出：「我們報告了一個驚人的發現：冷CO2氣體的明確光譜特徵和CO2冰特徵的存在，這標誌著在行星星雲中首次檢測到CO2冰。」行星星雲是在類太陽星星耗盡其核燃料並脫落外層後形成的，留下了包圍著熱星核的氣體和塵埃雲。這些擴張的殼層在豐富星際介質中的重元素和分子方面扮演著關鍵角色，這些重元素和分子最終有助於形成新星和行星。
然而，這樣的星雲內部的強烈輻射通常會摧毀脆弱的化合物，使揮發性冰的生存變得極不可能。新觀測結果顯示，在適當的條件下，即使這些惡劣的星際墓地也能保護凍結的分子。來自西安大略大學的研究團隊針對NGC 6302進行研究，因為該星雲已經顯示出不尋常的化學特徵。這個被稱為蝴蝶星雲或昆蟲星雲的天體，展現了兩個明亮的氣體葉片向相反方向延伸，並被一個厚厚的塵埃環包圍，這個環稱為圓環，圍繞著中央的恆星。
整個星雲的半徑至少達到1.5光年。研究團隊表示：「蝴蝶星雲（NGC 6302，一個複雜的雙極行星星雲）因其極端環境和意外豐富的化學成分而成為研究行星星雲中複雜化學路徑的特別有趣的實驗室。」早期的研究已經暗示該星雲的環境支持意外複雜的化學反應。天文學家之前在此檢測到了甲基陽離子（CH₃⁺），這是一種在太空有機化學反應中扮演重要角色的分子。
研究人員還識別出廣泛存在的多環芳香烴（PAHs），這些大型碳基分子通常在宇宙塵埃中找到。這些發現共同指向NGC 6302可能是探索恆星臨終過程中發生的化學路徑的理想自然實驗室。由於這種化學豐富性，研究團隊決定使用JWST的中紅外儀器進一步詳細觀察該星雲。紅外觀測對於研究隱藏在塵埃環境中的分子特別有用，因為不同物質在特定波長下吸收光，這些波長就像獨特的指紋。
研究人員使用韋伯的中等解析度光譜儀觀察了星雲的中央區域，包括恆星、塵埃圓環和雙極葉片的內部部分。在分析紅外光譜時，團隊首先注意到在14.8至15.2微米之間出現了明確的吸收特徵，這是由二氧化碳氣體產生的信號。研究者解釋說：「我們識別了CO2冰的兩個關鍵特徵：（1）約14.9-15.15微米之間的淺而寬的吸收，和（2）約15.2-15.3微米之間的第二個吸收。這種特徵的雙峰結構與實驗室中的CO2冰光譜相匹配，並與15.4微米的單一、更深的克萊諾石榴石帶或其較弱特徵明顯不同。」
這與固態二氧化碳的光譜指紋相符，確認了在圓環中存在乾冰。這一檢測尤為引人注目，因為二氧化碳冰比水冰更容易蒸發。天文學家通常僅在非常寒冷和受保護的環境中找到這類揮發性冰，例如密集的分子雲、環繞年輕恆星物體的包層，或行星形成的盤中。相比之下，行星星雲則暴露於來自其熱中央恆星的強烈紫外輻射，這些條件應該會迅速摧毀或蒸發這些脆弱的材料。
觀測結果表明，NGC 6302中密集的塵埃圓環可能起到了保護屏障的作用，使凍結的二氧化碳在周圍的惡劣輻射下得以生存。研究團隊還發現，氣體二氧化碳與冰的比例與在恆星形成區域所見的有顯著不同，這表明行星星雲中控制冰的形成或改變的過程可能非常不同。
研究者表示：「氣體與冰的比例與在年輕恆星物體中觀察到的差異顯著，指向在成熟恆星環境中獨特的冰形成或處理機制。」在蝴蝶星雲內發現乾冰暗示了恆星演化的最後階段可能擁有比之前認為的更豐富的化學環境。如果凍結的分子能夠在這些塵埃結構中生存，它們可能會在星雲擴散時釋放到星際介質中，為未來的星星和行星系統貢獻複雑的物質。
研究者建議，需進一步進行高解析度的觀測，以確定這一現象是否常見。這類工作可能有助於天文學家拼湊出死亡恆星的完整化學故事，顯示即使在它們的最後一幕中，它們仍然在塑造宇宙的分子成分。該研究已發表於arXiv。
