Богатая углеродом космическая пыль поступает из разных источников и распространяется в космос, где она необходима для жизни и образования каменистых планет, подобных нашей. Когда астрономы направляют свои телескопы на объекты в небе, им часто приходится иметь дело с космической пылью, которая затеняет их цели и сбивает с толку их наблюдения.
Одна из причин, по которой был построен JWST, заключается в том, чтобы видеть сквозь часть этой пыли с помощью инфракрасного видения и открывать новые возможности для понимания астрофизических процессов. В новой работе JWST было поручено наблюдать за самой пылью.
Двойная система Вольфа-Райе WR 140 находится на расстоянии около 5000 световых лет в созвездии Лебедя. В 2022 году исследователи опубликовали в журнале Nature Astronomy результаты, раскрывающие подробности о двойной звезде. Результаты показали, что звездные ветры от обеих звезд регулярно сталкиваются, образуя кольца богатой углеродом пыли, которые расширяются наружу от звезд.
«Мы привыкли думать о том, что события в космосе происходят медленно, на протяжении миллионов или миллиардов лет. В этой системе обсерватория показывает, что пылевые оболочки расширяются из года в год».
Дженнифер Хоффман, соавтор, Денверский университет
«Массивные двойные системы со встречным ветром, в которых находится звезда Вольфа-Райе (WR), представляют собой потенциально важный источник пыли и химического обогащения в межзвездной среде», — пишут авторы, отмечая, что химический состав пыли и то, как она выживает, до сих пор не изучены. . «Богатая углеродом двойная система Вольфа-Райе WR 140 представляет собой идеальную астрофизическую лабораторию для исследования этих вопросов, учитывая ее четко определенный орбитальный период и предсказуемые эпизоды образования пыли каждые 7,93 года вокруг прохождения периастра», — объяснили авторы в своем исследовании.
Окружающая среда вблизи этих звезд, когда они расположены близко друг к другу, хаотична и даже враждебна. Ветры этих развившихся звезд химически богаты, и когда более сильный ветер звезды WR сталкивается с ветром звезды OB, газ сжимается и образуется пыль. Поскольку пыль образуется только в периастре, она образует дискретные кольца. «Поэтому двойные системы галактического встречного ветра WC (звезды Вольфа-Райе углеродной последовательности) с разрешимыми околозвездными пылевыми туманностями представляют собой важные лаборатории для изучения этого процесса пылеобразования, где наблюдения за последние несколько десятилетий продемонстрировали, как регулируется образование пыли. по орбите двойной системы», — поясняют авторы статьи 2022 года.
Пара массивных звезд, одна звезда Вольфа-Райе, а другая OB-звезда, вращаются вокруг друг друга и достигают периастра каждые 7,93 года. Именно тогда сталкиваются мощные звездные ветры обеих звезд. Астрономы полагают, что эволюционировавшие звезды Вольфа-Райе и их сталкивающиеся ветры могли быть ответственны за появление некоторых из первых углеродистых пылевых частиц и органического материала во Вселенной.
JWST сделал оригинальные изображения 2022 года примерно через 5,5 лет после последнего периастра в 2016 году. Теперь, примерно через 14 месяцев после первого взгляда JWST на WR 140, космический телескоп еще раз внимательно рассмотрел взаимодействующую двойную систему и ее концентрические кольца расширяющегося углерода. — богатая пыль. Изображения показывают, насколько кольца расширились менее чем за два года.
«Телескоп подтвердил, что эти пылевые оболочки реальны, а его данные также показали, что пылевые оболочки движутся наружу с постоянной скоростью, обнаруживая видимые изменения за невероятно короткие периоды времени», — сказала Эмма Либ, ведущий автор новой статьи и аспирант Денверского университета в Колорадо.
Сравнительно редко можно увидеть, как астрономические объекты претерпевают изменения в такие короткие сроки. Всего лишь 14 месяцев, каждые восемь лет, звездные ветры сталкиваются и образуют видимые богатые углеродом пылевые кольца. Хотя известно, что двойные системы WR производят богатую углеродом пыль, большинство пар не настолько активны, и их периастры находятся гораздо дальше друг от друга во времени.
«Мы привыкли думать, что события в космосе происходят медленно, на протяжении миллионов или миллиардов лет», — добавила Дженнифер Хоффман, соавтор и профессор Денверского университета. «В этой системе обсерватория показывает, что пылевые оболочки расширяются из года в год».
«Наблюдение движения этих оболочек в реальном времени между наблюдениями Уэбба, которые проводились с интервалом всего в 13 месяцев, действительно замечательно», — сказала Оливия Джонс, соавтор из Британского центра астрономических технологий в Эдинбурге. «Эти новые результаты дают нам первое представление о потенциальной роли таких массивных двойных систем как фабрик пыли во Вселенной».
Астрономы заметили и другие звезды ВК, производящие пылевые кольца. Однако WR 140 превосходит их всех. «Размер этих далеких околозвездных оболочек, обнаруженных вокруг WR 140, превышает размер всех других известных пылеобразующих систем WC в 4 и более раз», — объясняют авторы статьи 2022 года.
Звезды движутся по широким, вытянутым орбитам, и когда их ветры сталкиваются каждые восемь лет, они производят богатую углеродом пыль в течение нескольких месяцев. Мощные изображения пылевых колец, полученные с помощью JWST MIRI, возрастом более 130 лет. Оболочки старше этой рассеялись в межзвездном пространстве и больше не являются связными и видимыми. Часть этого материала, возможно, уже была использована при формировании звезд.
Благодаря MIRI исследователи узнали, что WR 140, вероятно, будет 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 прохладная. Наблюдения в ближнем инфракрасном и видимом диапазоне покажут только те оболочки, которые находятся ближе всего к звезде», — объяснил Райан Лау, соавтор и астроном NSF NOIRLab в Тусоне, штат Аризона. Лау возглавил первоначальные исследования этой системы в 2022 году. «Благодаря этим невероятным новым деталям телескоп также позволяет нам точно изучать, когда звезды образуют пыль — почти ежедневно».
На изображениях JWST этого не видно, но не вся пыль имеет форму колец. Часть его находится в облаках, размер которых превышает всю нашу Солнечную систему. Некоторые из них свободно плавают в виде отдельных частиц пыли, каждая из которых составляет всего лишь одну сотую ширины человеческого волоса. Во всех случаях пыль богата углеродом и движется с одинаковой скоростью.
По одной из оценок, кольца находятся на расстоянии около 1,4 триллиона километров друг от друга. Для сравнения: если бы наше Солнце создавало эти оболочки, одна оболочка находилась бы примерно на пяти процентах расстояния до Альфы Центавра, нашего ближайшего соседа, прежде чем была бы создана следующая оболочка.
В конце концов, создание богатых углеродом пылевых оболочек прекратится. Большинство звезд WR заканчивают свою жизнь как сверхновые, а некоторые, возможно, коллапсируют прямо в черные дыры.
Но это в далеком будущем. В ближайшем будущем человечества WR 140 будет продолжать производить эти богатые углеродом пылевые оболочки, а JWST будет продолжать наблюдать за этой естественной лабораторией, чтобы увидеть, как все это происходит.
