Инопланетные мегаструктуры, что стоит за странной фотографией
В июле загадочное новое изображение далекой экстремальной звездной системы, окруженной сюрреалистическими концентрическими геометрическими ступенями, заставило даже астрономов почесать затылок. Изображение, похожее на «космический отпечаток большого пальца», было получено с космического телескопа Джеймса Уэбба, новейшей флагманской обсерватории НАСА. Интернет тут же загорелся теориями и домыслами. Кое-кто на дикой окраине даже утверждал, что это свидетельство существования «инопланетных мегаструктур» неизвестного происхождения. К счастью, наша команда из Сиднейского университета уже более 20 лет изучала эту самую звезду, известную как WR140, поэтому мы были в лучшем положении, чтобы использовать физику для интерпретации того, что мы видели. Наша модель, опубликованная в журнале Nature, объясняет странный процесс, посредством которого звезда создает ослепительный узор из колец, видимый на изображении Уэбба (которое сейчас опубликовано в журнале Nature Astronomy).
WR140 — это так называемая звезда Вольфа-Райе. Это одни из самых экстремальных известных звезд. В редком, но прекрасном проявлении они могут иногда испускать шлейф пыли в космос, простирающийся в сотни раз по размеру всей нашей Солнечной системы. Радиационное поле вокруг Вольфа-Райца настолько сильное, что пыль и ветер разносятся наружу со скоростью в тысячи километров в секунду, что составляет около 1% скорости света. В то время как у всех звезд есть звездные ветры, эти сверхуспешные люди управляют чем-то больше похожим на звездный ураган. Важно отметить, что этот ветер содержит такие элементы, как углерод, который выбрасывается в виде пыли. WR140 — одна из немногих пыльных звезд Вольфа-Райе, обнаруженных в двойной системе. Он находится на орбите с другой звездой, которая сама по себе является массивным голубым сверхгигантом с собственным свирепым ветром.
Во всей нашей галактике известно лишь несколько таких систем, как WR140, но эти избранные преподносят астрономам самый неожиданный и прекрасный подарок. Пыль не просто вылетает из звезды, образуя туманный шар, как можно было бы ожидать; вместо этого он формируется только в конусообразной области, где сталкиваются ветры от двух звезд. Поскольку двойная звезда находится в постоянном орбитальном движении, этот ударный фронт также должен вращаться. Затем сажистый шлейф естественным образом закручивается в спираль, точно так же, как струя вращающегося садового разбрызгивателя. WR140, однако, имеет еще несколько хитростей в рукаве, добавляя более богатую сложность в свой эффектный дисплей. Две звезды находятся на не круговых, а на эллиптических орбитах, и, кроме того, производство пыли включается и выключается эпизодически, когда двойная система приближается и удаляется от точки наибольшего сближения.
Смоделировав все эти эффекты в трехмерной геометрии пылевого шлейфа, наша команда отследила расположение пылевых элементов в трехмерном пространстве. Тщательно пометив изображения расширяющегося потока, сделанные в обсерватории Кека на Гавайях, одном из крупнейших в мире оптических телескопов, мы обнаружили, что наша модель расширяющегося потока почти идеально соответствует данным. Кроме одной мелочи. В непосредственной близости от звезды пыли не было там, где она должна была быть. Погоня за этим незначительным несоответствием привела нас прямо к явлению, которое никогда прежде не попадалось на камеру.
Мы знаем, что свет обладает импульсом, а это значит, что он может оказывать давление на материю, известное как радиационное давление. Результат этого явления в виде материи, движущейся с большой скоростью по космосу, очевиден повсюду. Но поймать его на месте было чрезвычайно сложно. Сила быстро ослабевает с расстоянием, поэтому, чтобы увидеть ускорение материала, нужно очень точно отслеживать движение вещества в сильном поле излучения. Это ускорение оказалось единственным недостающим элементом в моделях для WR140. Наши данные не подходили, потому что скорость расширения не была постоянной: пыль получала импульс от радиационного давления. Поймать это впервые на камеру было чем-то новым. На каждой орбите звезда как бы разворачивает гигантский парус из пыли. Когда он ловит интенсивное излучение звезды, как яхта ловит порыв ветра, пыльный парус делает внезапный рывок вперед.
Конечный результат всей этой физики поразительно красив. Как заводная игрушка, WR140 выпускает точно вылепленные кольца дыма каждые восемь лет. На каждом кольце выгравирована вся эта замечательная физика, прописанная в деталях его формы. Все, что нам нужно сделать, это подождать, и расширяющийся ветер надует пылевую оболочку, как воздушный шар, пока она не станет достаточно большой, чтобы наши телескопы могли ее увидеть. Затем, восемь лет спустя, двойная система возвращается на свою орбиту, и появляется другая оболочка, идентичная предыдущей, растущая внутри пузыря своего предшественника. Раковины продолжают накапливаться, как призрачный набор гигантских матрешек. Однако истинная степень, в которой мы нашли правильную геометрию для объяснения этой интригующей звездной системы, не была доведена до нас до тех пор, пока в июне не появилось новое изображение Уэбба.
Здесь была не одна и не две, а более 17 изысканно вылепленных раковин, каждая из которых была почти точной копией предыдущей. Это означает, что самая старая, самая внешняя оболочка, видимая на изображении Уэбба, должна была быть запущена примерно за 150 лет до новейшей оболочки, которая все еще находится в зачаточном состоянии и ускоряется вдали от светящейся пары звезд, управляющих физическими процессами в сердце системы. С их захватывающими перьями и дикими фейерверками Вольф-Райетс предоставил одно из самых интригующих и замысловатых изображений, которые были выпущены новым телескопом Уэбба. Это был один из первых снимков, сделанных Уэббом. Астрономы все в напряжении, ожидая, какие новые чудеса покажет нам эта обсерватория.
