I juli fikk et forvirrende nytt bilde av et fjernt ekstremt stjernesystem omgitt av surrealistiske konsentriske geometriske ringer til og med astronomer til å klø seg i hodet. Bildet, som ser ut som et slags «kosmisk tommelfingeravtrykk», kom fra James Webb Space Telescope, NASAs nyeste flaggskipobservatorium.
Internett lyste umiddelbart opp av teorier og spekulasjoner. Noen i den ville utkanten hevdet det til og med som bevis for "fremmede megastrukturer" av ukjent opprinnelse.
Heldigvis hadde teamet vårt ved University of Sydney allerede studert denne stjernen, kjent som WR140, i mer enn 20 år – så vi var i en utmerket posisjon til å bruke fysikk til å tolke det vi så.
Vår modell, publisert i Natur, forklarer den merkelige prosessen der stjernen produserer det blendende mønsteret av ringer sett på Webb-bildet (selv nå publisert i Naturstjernen).
Hemmelighetene til WR140
WR140 er det som kalles en Wolf-Rayet stjerne. Disse er blant de mest ekstreme stjernene som er kjent. I en sjelden, men vakker skjerm, kan de noen ganger avgi en støvsky ut i verdensrommet som strekker seg hundrevis av ganger størrelsen på hele solsystemet vårt.
Strålingsfeltet rundt Wolf-Rayets er så intenst at støv og vind blåses utover med tusenvis av kilometer i sekundet, eller omtrent 1 prosent av lysets hastighet. Mens alle stjerner har stjernevind, kjører disse overprestere noe mer som en stjerneorkan.
Kritisk nok inneholder denne vinden elementer som karbon som strømmer ut for å danne støv.
WR140 er en av noen få støvete Wolf-Rayet-stjerner som finnes i et binært system. Den er i bane med en annen stjerne, som i seg selv er en massiv blå superkjempe med en egen voldsom vind.
Bare en håndfull systemer som WR140 er kjent i hele vår galakse, men disse utvalgte leverer den mest uventede og vakre gaven til astronomer. Støv strømmer ikke bare ut fra stjernen for å danne en tåkete ball som man kunne forvente; i stedet dannes den bare i et kjegleformet område der vindene fra de to stjernene kolliderer.
Fordi binærstjernen er i konstant banebevegelse, må denne sjokkfronten også rotere. Den sotede fjæren blir da naturlig pakket inn i en spiral, på samme måte som strålen fra en roterende hagesprinkler.
WR140 har imidlertid noen flere triks i ermet, og legger mer fyldig kompleksitet inn i den prangende skjermen. De to stjernene er ikke i sirkulære, men elliptiske baner, og dessuten slås støvproduksjonen av og på episodisk etter hvert som binæren nærmer seg og forlater punktet for den nærmeste tilnærmingen.
[Innebygd innhold]
En nesten perfekt modell
Ved å modellere alle disse effektene inn i den tredimensjonale geometrien til støvfjæren, sporet teamet vårt plasseringen av støvelementer i tredimensjonalt rom.
Ved nøye å merke bilder av den ekspanderende strømmen tatt ved Keck Observatory på Hawaii, et av verdens største optiske teleskoper, fant vi at modellen vår av den ekspanderende strømmen passet nesten perfekt til dataene.
Bortsett fra en niggle. Like ved stjernen var ikke støvet der det skulle være. Å jage den mindre feiltilpasningen førte oss til et fenomen som aldri før ble fanget på kamera.
Lysets kraft
Vi vet at lys bærer momentum, noe som betyr at det kan utøve et trykk på materie kjent som strålingstrykk. Resultatet av dette fenomenet, i form av materie som flyr med høy hastighet rundt i kosmos, er tydelig overalt.
Men det har vært en bemerkelsesverdig vanskelig prosess å ta på fersk gjerning. Kraften forsvinner raskt med avstanden, så for å se at materiale blir akselerert, må du spore bevegelsen av materie i et sterkt strålingsfelt veldig nøyaktig.
Denne akselerasjonen viste seg å være det eneste som manglet i modellene for WR140. Dataene våre passet ikke fordi ekspansjonshastigheten ikke var konstant: støvet fikk en økning fra strålingstrykket.
Å fange det for første gang på kamera var noe nytt. I hver bane er det som om stjernen folder ut et gigantisk seil laget av støv. Når den fanger den intense strålingen som strømmer fra stjernen, som en yacht som fanger et vindkast, gjør det støvete seilet et plutselig sprang fremover.
Røykringer i verdensrommet
Det endelige resultatet av all denne fysikken er fascinerende vakker. Som et urverk, blåser WR140 ut presist skulpturerte røykringer for hver åtte års bane.
Hver ring er gravert med all denne fantastiske fysikken skrevet i detalj i formen. Alt vi trenger å gjøre er å vente, og den ekspanderende vinden blåser opp støvskallet som en ballong til det er stort nok til at teleskopene våre kan avbilde det.
Så, åtte år senere, returnerer binæren i sin bane, og et annet skall ser ut til å være identisk med det før, og vokser inne i boblen til forgjengeren. Skjell samler seg stadig som et spøkelsesaktig sett med gigantiske hekkende dukker.
Men i hvilken grad vi hadde truffet riktig geometri for å forklare dette spennende stjernesystemet ble ikke brakt hjem til oss før det nye Webb-bildet kom i juni.
Her var ikke ett eller to, men mer enn 17 utsøkt skulpturerte skjell, hver av dem en nesten nøyaktig kopi som var nestet i den som gikk foran. Det betyr at det eldste, ytterste skallet som er synlig i Webb-bildet må ha blitt lansert omtrent 150 år før det nyeste skallet, som fortsatt er i sin spede begynnelse og akselererer bort fra det lysende stjerneparet som driver fysikken i hjertet av systemet.
Med sine spektakulære skyer og ville fyrverkeri har Wolf-Rayets levert et av de mest spennende og intrikat mønstrede bildene som har blitt utgitt av det nye Webb-teleskopet.
Dette var et av de første bildene som ble tatt av Webb. Astronomer er alle på kanten av setene våre og venter på hvilke nye underverk dette observatoriet vil sende ned til oss.
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
Bilde Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL, Caltech
