I juli fik et forvirrende nyt billede af et fjernt ekstremt stjernesystem omgivet af surrealistiske koncentriske geometriske ringe endda astronomer til at klø sig i hovedet. Billedet, der ligner en slags "kosmisk tommelfingeraftryk", kom fra James Webb Space Telescope, NASAs nyeste flagskibsobservatorium.
Internettet lyste straks op med teorier og spekulationer. Nogle på den vilde udkant hævdede endda det som bevis for "fremmede megastrukturer" af ukendt oprindelse.
Heldigvis havde vores team på University of Sydney allerede studeret netop denne stjerne, kendt som WR140, i mere end 20 år - så vi var i den bedste position til at bruge fysik til at fortolke, hvad vi så.
Vores model, offentliggjort i Natur, forklarer den mærkelige proces, hvorved stjernen producerer det blændende mønster af ringe, der ses på Webb-billedet (selv nu offentliggjort i Naturstronomi).
Hemmelighederne bag WR140
WR140 er det, der kaldes en Wolf-Rayet stjerne. Disse er blandt de mest ekstreme stjerner kendt. På en sjælden, men smuk skærm, kan de nogle gange udsende en støvfane ud i rummet, der strækker sig hundredvis af gange større end hele vores solsystem.
Strålingsfeltet omkring Wolf-Rayets er så intenst, at støv og vind fejes udad med tusindvis af kilometer i sekundet, eller omkring 1 procent af lysets hastighed. Mens alle stjerner har stjernevinde, driver disse overpræstere noget mere som en stjerneorkan.
Kritisk set indeholder denne vind elementer såsom kulstof, der strømmer ud for at danne støv.
WR140 er en af få støvede Wolf-Rayet-stjerner fundet i et binært system. Den er i kredsløb med en anden stjerne, som i sig selv er en massiv blå superkæmpe med sin egen voldsomme vind.
Kun en håndfuld systemer som WR140 er kendt i hele vores galakse, men disse udvalgte få leverer den mest uventede og smukke gave til astronomer. Støv strømmer ikke bare ud fra stjernen og danner en tåget kugle, som man kunne forvente; i stedet dannes det kun i et kegleformet område, hvor vindene fra de to stjerner støder sammen.
Fordi dobbeltstjernen er i konstant orbital bevægelse, skal denne stødfront også rotere. Den sodede fane bliver så naturligt pakket ind i en spiral, på samme måde som strålen fra en roterende havesprinkler.
WR140 har dog et par flere tricks i ærmet, der giver mere rig kompleksitet i dets prangende display. De to stjerner er ikke på cirkulære, men elliptiske baner, og desuden tændes og slukkes støvproduktion episodisk, når binæren nærmer sig og forlader punktet for den nærmeste tilgang.
[Indlejret indhold]
En næsten perfekt model
Ved at modellere alle disse effekter ind i støvfanens tredimensionelle geometri, sporede vores team placeringen af støvelementer i det tredimensionelle rum.
Ved omhyggeligt at mærke billeder af det ekspanderende flow taget ved Keck Observatory på Hawaii, et af verdens største optiske teleskoper, fandt vi, at vores model af det ekspanderende flow passede næsten perfekt til dataene.
Bortset fra en niggle. Tæt på lige i nærheden af stjernen var støvet ikke hvor det skulle være. At jagte den mindre fejltilpasning førte os til et fænomen, der aldrig før er fanget på kamera.
Lysets magt
Vi ved, at lys bærer momentum, hvilket betyder, at det kan udøve et skub på stof kendt som strålingstryk. Resultatet af dette fænomen, i form af stof, der flyder med høj hastighed rundt i kosmos, er tydeligt overalt.
Men det har været en bemærkelsesværdig svær proces at fange på fersk gerning. Kraften falmer hurtigt med afstanden, så for at se materiale blive accelereret skal du meget nøjagtigt spore bevægelsen af stof i et stærkt strålingsfelt.
Denne acceleration viste sig at være det ene manglende element i modellerne til WR140. Vores data passede ikke, fordi ekspansionshastigheden ikke var konstant: Støvet fik et boost fra strålingstrykket.
At fange det for første gang på kamera var noget nyt. I hver bane er det, som om stjernen folder et kæmpe sejl lavet af støv. Når den fanger den intense stråling, der strømmer fra stjernen, som en yacht, der fanger et vindstød, tager det støvede sejl et pludseligt spring fremad.
Røgringe i rummet
Det endelige resultat af al denne fysik er fængslende smukt. Som et urværkslegetøj puster WR140 præcist skulpturerede røgringe ud for hver otte-års kredsløb.
Hver ring er indgraveret med al denne vidunderlige fysik skrevet i detaljerne i dens form. Alt, hvad vi skal gøre, er at vente, og den ekspanderende vind puster støvskallen op som en ballon, indtil den er stor nok til, at vores teleskoper kan afbilde den.
Så, otte år senere, vender binæren tilbage i sin bane, og en anden skal ser ud til at være identisk med den før, vokser inde i boblen fra sin forgænger. Skaller bliver ved med at samle sig som et spøgelsesagtigt sæt gigantiske rededukker.
Den sande udstrækning, vi havde ramt på den rigtige geometri for at forklare dette spændende stjernesystem, blev dog ikke bragt hjem til os, før det nye Webb-billede ankom i juni.
Her var ikke en eller to, men mere end 17 udsøgt skulpturerede skaller, hver af dem en næsten nøjagtig kopi indlejret i den forudgående. Det betyder, at den ældste, yderste skal, der er synlig på Webb-billedet, skal være blevet lanceret omkring 150 år før den nyeste skal, som stadig er i sin vorden og accelererer væk fra det lysende par stjerner, der driver fysikken i hjertet af systemet.
Med deres spektakulære faner og vilde fyrværkeri har Wolf-Rayets leveret et af de mest spændende og indviklet mønstrede billeder, der er blevet frigivet af det nye Webb-teleskop.
Dette var et af de første billeder taget af Webb. Astronomer er alle på kanten af vores sæde og venter på, hvilke nye vidundere dette observatorium vil sende ned til os.
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
Billede Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL, Caltech
