Образование и расширение углеродной пылевой оболочки
Астрономы давно пытались выяснить, как такие элементы, как углерод, который необходим для жизни, стали широко распространены по Вселенной. Теперь космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба более подробно изучил один из постоянных источников богатой углеродом пыли в нашей галактике Млечный Путь: систему Вольфа-Райе 140, состоящую из двух массивных звезд, которые движутся по узкой вытянутой орбите.
Когда они проносятся мимо друг друга (в пределах центральной белой точки на двойных изображениях Паутины), звездные ветры от каждой звезды сталкиваются, вещество сжимается, и образуется богатая углеродом пыль. Последние наблюдения Уэбба показывают 17 пылевых оболочек, сияющих в среднем инфракрасном диапазоне, которые через равные промежутки времени распространяются в окружающее пространство.
"Телескоп не только подтвердил, что эти пылевые оболочки реальны, его данные также показали, что пылевые оболочки движутся наружу с постоянными скоростями, выявляя видимые изменения за невероятно короткие промежутки времени", - сказала Эмма Либ, ведущий автор новой статьи на эту тему и докторант университета из Денвера, штат Колорадо. Работа опубликована в Astrophysical Journal Letters.
Каждый снаряд удаляется от звезд со скоростью более 1600 миль в секунду (2600 километров в секунду), что почти на 1% превышает скорость света.
"Мы привыкли думать, что события в космосе происходят медленно, на протяжении миллионов или миллиардов лет", - добавила Дженнифер Хоффман, соавтор исследования и профессор Денверского университета. "В этой системе обсерватория показывает, что пылевые оболочки расширяются от года к году".
Как по маслу, звездные ветры генерируют пыль в течение нескольких месяцев каждые восемь лет, когда пара совершает самое близкое сближение по широкой, вытянутой орбите. Уэбб также показывает, как меняется образование пыли — обратите внимание на более темную область вверху слева на обоих изображениях.
На изображениях, полученных телескопом в среднем инфракрасном диапазоне, были обнаружены оболочки, которые сохранялись более 130 лет. (Более старые оболочки рассеялись настолько, что теперь они слишком тусклые, чтобы их можно было обнаружить.) Исследователи предполагают, что звезды в конечном итоге будут генерировать десятки тысяч пылевых оболочек в течение сотен тысяч лет.
"Наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне абсолютно необходимы для этого анализа, поскольку пыль в этой системе довольно холодная. В ближнем инфракрасном и видимом свете были бы видны только те оболочки, которые находятся ближе всего к звезде", - объяснил Райан Лау, соавтор и астроном из NSF NOIRLab в Тасконе, штат Аризона, который руководил первоначальными исследованиями этой системы. "Благодаря этим невероятным новым деталям телескоп также позволяет нам точно определить, когда звезды образуют пыль — почти с точностью до дня".
Распределение пыли неравномерно. Хотя на первый взгляд это не очевидно, при увеличении изображений, сделанных Уэббом, видно, что часть пыли "скопилась", образуя аморфные, тонкие облака, которые по размеру не уступают всей нашей Солнечной системе. Множество других отдельных частиц пыли свободно плавают в воздухе. Каждая пылинка размером с одну сотую толщины человеческого волоса. Комковатая или нет, вся пыль движется с одинаковой скоростью и богата углеродом.
Будущее этой системы
Что произойдет с этими звездами через миллионы или миллиарды лет, после того как они перестанут "забрасывать" пылью свое окружение? Звезда Вольфа-Райе в этой системе в 10 раз массивнее Солнца и ее жизненный цикл приближается к концу. В своем заключительном "акте" эта звезда либо взорвется как сверхновая, возможно, уничтожив часть или все пылевые оболочки, либо превратится в черную дыру, которая оставит пылевые оболочки нетронутыми.
Хотя никто не может с уверенностью предсказать, что произойдет, исследователи поддерживают сценарий с черной дырой.
"Главный вопрос астрономии заключается в том, откуда берется вся пыль во Вселенной?" Сказал Лау. "Если такая пыль, богатая углеродом, сохранится, это может помочь нам начать отвечать на этот вопрос".
"Мы знаем, что углерод необходим для формирования скалистых планет и солнечных систем, подобных нашей", - добавил Хоффман. "Интересно взглянуть на то, как двойные звездные системы не только создают богатую углеродом пыль, но и переносят ее в окрестности нашей галактики".
