W lipcu zagadkowy nowy obraz odległego ekstremalnego układu gwiazd otoczony surrealistycznymi koncentrycznymi pierścieniami geometrycznymi sprawił, że nawet astronomowie podrapali się w głowy. Zdjęcie, które wygląda jak „kosmiczny odcisk palca”, pochodzi z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, najnowszego flagowego obserwatorium NASA.
Internet natychmiast rozświetlił się teoriami i spekulacjami. Niektórzy na dzikich obrzeżach twierdzili nawet, że jest to dowód na istnienie „obcych megastruktur” nieznanego pochodzenia.
Na szczęście nasz zespół z University of Sydney już od ponad 140 lat badał tę gwiazdę, znaną jako WR20, więc byliśmy w doskonałej pozycji, aby wykorzystać fizykę do interpretacji tego, co widzimy.
Nasz model, opublikowane w Natura, wyjaśnia dziwny proces, w którym gwiazda tworzy olśniewający wzór pierścieni widoczny na obrazie Webba (sam teraz) opublikowane w Natura Astronomia).
Sekrety WR140
WR140 nazywa się a Gwiazda Wolfa-Rayeta. Są to jedne z najbardziej ekstremalnych znanych gwiazd. Na rzadkim, ale pięknym pokazie mogą czasami emitować w przestrzeń pióropusz pyłu rozciągający się setki razy większy od całego naszego Układu Słonecznego.
Pole promieniowania wokół Wolfa-Rayetsa jest tak intensywne, że kurz i wiatr są wyrzucane na zewnątrz z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę, czyli około 1 procenta prędkości światła. Podczas gdy wszystkie gwiazdy mają wiatry gwiazdowe, ci, którzy osiągają wysokie wyniki, prowadzą coś bardziej jak gwiezdny huragan.
Co najważniejsze, wiatr ten zawiera pierwiastki takie jak węgiel, które wypływają, tworząc pył.
WR140 jest jedną z kilku zakurzonych gwiazd Wolfa-Rayeta znalezionych w układzie podwójnym. Znajduje się na orbicie z inną gwiazdą, która sama jest masywnym niebieskim nadolbrzymem z własnym dzikim wiatrem.
Tylko kilka systemów takich jak WR140 jest znanych w całej naszej galaktyce, ale te wybrane dostarczają astronomom najbardziej nieoczekiwanego i pięknego prezentu. Pył nie wypływa po prostu z gwiazdy, tworząc mglistą kulę, jak można by się spodziewać; zamiast tego tworzy się tylko w obszarze w kształcie stożka, gdzie zderzają się wiatry z dwóch gwiazd.
Ponieważ gwiazda podwójna jest w stałym ruchu orbitalnym, front wstrząsu również musi się obracać. Sadzający się pióropusz w naturalny sposób owija się w spiralę, podobnie jak strumień z obrotowego zraszacza ogrodowego.
WR140 ma jednak kilka innych sztuczek w rękawie, dzięki czemu bogatsza złożoność jest bardziej efektowna. Dwie gwiazdy nie znajdują się na orbitach kołowych, lecz eliptycznych, a ponadto produkcja pyłu włącza się i wyłącza epizodycznie, gdy układ podwójny zbliża się i oddala od punktu najbliższego zbliżenia.
[Osadzone treści]
Prawie idealny model
Modelując wszystkie te efekty w trójwymiarowej geometrii pióropusza pyłu, nasz zespół śledził położenie cech pyłu w przestrzeni trójwymiarowej.
Starannie oznaczając obrazy rozszerzającego się przepływu wykonane w Obserwatorium Kecka na Hawajach, jednym z największych teleskopów optycznych na świecie, odkryliśmy, że nasz model rozszerzającego się przepływu pasuje do danych niemal idealnie.
Z wyjątkiem jednego drobiazgu. W pobliżu gwiazdy pył nie był tam, gdzie powinien. Pogoń za tym drobnym odmieńcem doprowadziła nas do zjawiska, którego nigdy wcześniej nie uchwycono w aparacie.
Moc światła
Wiemy, że światło przenosi pęd, co oznacza, że może wywierać nacisk na materię, znany jako ciśnienie promieniowania. Wynik tego zjawiska, w postaci materii poruszającej się z dużą prędkością wokół kosmosu, jest widoczny wszędzie.
Ale był to niezwykle trudny proces do złapania na gorącym uczynku. Siła szybko zanika wraz z odległością, więc aby zobaczyć przyspieszanie materiału, musisz bardzo dokładnie śledzić ruch materii w silnym polu promieniowania.
To przyspieszenie okazało się jedynym brakującym elementem w modelach WR140. Nasze dane nie pasowały, ponieważ prędkość ekspansji nie była stała: pył był wzmacniany przez ciśnienie promieniowania.
Uchwycenie tego po raz pierwszy w aparacie było czymś nowym. Na każdej orbicie to tak, jakby gwiazda rozwijała gigantyczny żagiel zrobiony z pyłu. Kiedy łapie intensywne promieniowanie płynące z gwiazdy, niczym jacht łapiący podmuch, zakurzony żagiel wykonuje nagły skok do przodu.
Dymne pierścienie w kosmosie
Ostateczny wynik całej tej fizyki jest zadziwiająco piękny. Niczym mechaniczna zabawka, WR140 wypuszcza precyzyjnie wyrzeźbione kółka dymne z każdą ośmioletnią orbitą.
Każdy pierścień jest wygrawerowany z całą tą cudowną fizyką zapisaną w szczegółach jego formy. Wszystko, co musimy zrobić, to czekać, a rozszerzający się wiatr nadmuchuje powłokę pyłową jak balon, aż będzie wystarczająco duża, aby nasze teleskopy mogły wykonać zdjęcie.
Potem, osiem lat później, układ binarny powraca na swoją orbitę i pojawia się kolejna powłoka, identyczna jak poprzednia, rosnąca w bańce swojego poprzednika. Muszle gromadzą się jak upiorny zestaw gigantycznych lalek gniazdujących.
Jednak prawdziwy zakres, w jakim trafiliśmy na właściwą geometrię, aby wyjaśnić ten intrygujący układ gwiezdny, nie został nam przedstawiony, dopóki w czerwcu nie pojawił się nowy obraz Webba.
Nie było tu jednej czy dwóch, ale ponad 17 znakomicie wyrzeźbionych muszli, z których każda była niemal dokładną repliką zagnieżdżoną w poprzedniej. Oznacza to, że najstarsza, najbardziej zewnętrzna powłoka widoczna na obrazie Webba musiała zostać wystrzelona około 150 lat przed najnowszą powłoką, która wciąż jest w powijakach i przyspiesza od świetlistej pary gwiazd kierującej fizyką w sercu systemu.
Ze swoimi spektakularnymi pióropuszami i dzikimi fajerwerkami Wolf-Rayets dostarczyli jedno z najbardziej intrygujących i misternie ukształtowanych obrazów, jakie zostały udostępnione przez nowy teleskop Webba.
Było to jedno z pierwszych zdjęć zrobionych przez Webba. Wszyscy astronomowie siedzą na krawędzi naszych miejsc, czekając na nowe cuda, które prześle nam to obserwatorium.
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Kredytowych Image: NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL, Caltech
