A luglio, una nuova e sconcertante immagine di un lontano sistema stellare estremo circondato da surreali anelli geometrici concentrici ha fatto grattare la testa persino agli astronomi. L'immagine, che sembra una sorta di "impronta digitale cosmica", è arrivata dal James Webb Space Telescope, il nuovissimo osservatorio ammiraglia della NASA.
Internet si è subito acceso di teorie e speculazioni. Alcuni ai margini selvaggi lo hanno persino affermato come prova di "megastrutture aliene" di origine sconosciuta.
Fortunatamente, il nostro team dell'Università di Sydney stava già studiando proprio questa stella, nota come WR140, per più di 20 anni, quindi eravamo in una posizione privilegiata per usare la fisica per interpretare ciò che stavamo vedendo.
Il nostro modello, pubblicato nella Natura, spiega lo strano processo mediante il quale la stella produce il modello abbagliante di anelli visto nell'immagine Webb (ora stessa pubblicato nella Astronomia naturale).
I segreti di WR140
WR140 è quello che viene chiamato a Stella Wolf-Rayet. Queste sono tra le stelle più estreme conosciute. In uno spettacolo raro ma bello, a volte possono emettere un pennacchio di polvere nello spazio che si estende centinaia di volte le dimensioni del nostro intero Sistema Solare.
Il campo di radiazioni intorno a Wolf-Rayets è così intenso che polvere e vento vengono spazzati verso l'esterno a migliaia di chilometri al secondo, ovvero circa l'1% della velocità della luce. Mentre tutte le stelle hanno venti stellari, questi overachievers guidano qualcosa di più simile a un uragano stellare.
Fondamentalmente, questo vento contiene elementi come il carbonio che fuoriescono per formare polvere.
WR140 è una delle poche polverose stelle Wolf-Rayet che si trovano in un sistema binario. È in orbita con un'altra stella, che è essa stessa una massiccia supergigante blu con un vento feroce tutto suo.
Solo una manciata di sistemi come WR140 sono conosciuti in tutta la nostra galassia, eppure questi pochi eletti offrono agli astronomi il regalo più inaspettato e bello. La polvere non esce semplicemente dalla stella per formare una palla nebbiosa come ci si potrebbe aspettare; invece si forma solo in un'area a forma di cono dove si scontrano i venti delle due stelle.
Poiché la stella binaria è in costante movimento orbitale, anche questo fronte d'urto deve ruotare. Il pennacchio fuligginoso viene quindi avvolto naturalmente in una spirale, allo stesso modo del getto di un irrigatore rotante da giardino.
WR140, tuttavia, ha qualche asso nella manica per stratificare una complessità più ricca nel suo display appariscente. Le due stelle non si trovano su orbite circolari ma ellittiche e inoltre la produzione di polvere si accende e si spegne in modo episodico quando la binaria si avvicina e si allontana dal punto di avvicinamento più vicino.
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Un modello quasi perfetto
Modellando tutti questi effetti nella geometria tridimensionale del pennacchio di polvere, il nostro team ha tracciato la posizione delle caratteristiche della polvere nello spazio tridimensionale.
Contrassegnando attentamente le immagini del flusso in espansione scattate all'Osservatorio Keck alle Hawaii, uno dei più grandi telescopi ottici del mondo, abbiamo scoperto che il nostro modello del flusso in espansione si adattava quasi perfettamente ai dati.
Fatta eccezione per un inconveniente. Vicino alla stella, la polvere non era dove doveva essere. Inseguire quel piccolo disadattamento ci ha portato a un fenomeno mai catturato prima dalla telecamera.
Il potere della luce
Sappiamo che la luce trasporta slancio, il che significa che può esercitare una spinta sulla materia nota come pressione di radiazione. L'esito di questo fenomeno, sotto forma di materia che percorre ad alta velocità il cosmo, è evidente ovunque.
Ma è stato un processo straordinariamente difficile da cogliere sul fatto. La forza svanisce rapidamente con la distanza, quindi per vedere il materiale che viene accelerato è necessario tracciare in modo molto accurato il movimento della materia in un forte campo di radiazioni.
Questa accelerazione si è rivelata l'unico elemento mancante nei modelli per WR140. I nostri dati non combaciavano perché la velocità di espansione non era costante: la polvere stava ricevendo una spinta dalla pressione delle radiazioni.
Catturarlo per la prima volta davanti alla telecamera è stato qualcosa di nuovo. In ogni orbita, è come se la stella spiegasse una gigantesca vela fatta di polvere. Quando cattura l'intensa radiazione che fluisce dalla stella, come uno yacht che prende una raffica, la vela polverosa fa un improvviso balzo in avanti.
Anelli di fumo nello spazio
Il risultato finale di tutta questa fisica è incredibilmente bello. Come un giocattolo a orologeria, WR140 emette anelli di fumo scolpiti con precisione ogni otto anni di orbita.
Ogni anello è inciso con tutta questa meravigliosa fisica scritta nei dettagli della sua forma. Tutto quello che dobbiamo fare è aspettare, e il vento in espansione gonfia il guscio di polvere come un pallone finché non è abbastanza grande per essere ripreso dai nostri telescopi.
Poi, otto anni dopo, il binario ritorna nella sua orbita e un altro guscio appare identico a quello precedente, crescendo all'interno della bolla del suo predecessore. Le conchiglie continuano ad accumularsi come un set spettrale di bambole giganti che nidificano.
Tuttavia, la vera misura in cui avevamo trovato la giusta geometria per spiegare questo intrigante sistema stellare non ci è stata rivelata fino all'arrivo della nuova immagine Webb a giugno.
Qui non c'erano uno o due, ma più di 17 conchiglie squisitamente scolpite, ognuna una replica quasi esatta annidata all'interno di quella precedente. Ciò significa che il guscio più antico ed esterno visibile nell'immagine di Webb deve essere stato lanciato circa 150 anni prima del guscio più nuovo, che è ancora agli inizi e si sta allontanando dalla coppia luminosa di stelle che guida la fisica nel cuore del sistema.
Con i loro pennacchi spettacolari e fuochi d'artificio selvaggi, i Wolf-Rayet hanno prodotto una delle immagini più intriganti e con motivi intricati che siano state rilasciate dal nuovo telescopio Webb.
Questa è stata una delle prime immagini scattate da Webb. Gli astronomi sono tutti sul bordo dei nostri posti, in attesa di quali nuove meraviglie questo osservatorio ci trascinerà.
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
Immagine di credito: NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL, Caltech
