În iulie, o nouă imagine uluitoare a unui sistem stelar extrem îndepărtat, înconjurat de inele geometrice concentrice suprareale, i-a făcut pe astronomi să se scarpină în cap. Imaginea, care arată ca un fel de „amprentă cosmică”, a venit de la telescopul spațial James Webb, cel mai nou observator emblematic al NASA.
Internetul s-a luminat imediat cu teorii și speculații. Unii din marginea sălbatică chiar au susținut-o ca dovadă pentru „megastructuri extraterestre” de origine necunoscută.
Din fericire, echipa noastră de la Universitatea din Sydney a studiat deja această stea, cunoscută sub numele de WR140, de mai bine de 20 de ani – așa că eram în poziție excelentă pentru a folosi fizica pentru a interpreta ceea ce vedem.
Modelul nostru, publicat în Natură, explică procesul ciudat prin care steaua produce modelul orbitor de inele văzut în imaginea Webb (ea însăși acum publicat în Natura Astronomie).
Secretele lui WR140
WR140 este ceea ce se numește a Steaua Wolf-Rayet. Acestea sunt printre cele mai extreme stele cunoscute. Într-un afișaj rar, dar frumos, ele pot emite uneori un val de praf în spațiu care se întinde de sute de ori dimensiunea întregului nostru sistem solar.
Câmpul de radiații din jurul lui Wolf-Rayets este atât de intens, încât praful și vântul sunt aruncate spre exterior cu mii de kilometri pe secundă, sau cu aproximativ 1% din viteza luminii. În timp ce toate stelele au vânturi stelare, aceste performanțe superioare conduc ceva mai mult ca un uragan stelar.
În mod critic, acest vânt conține elemente precum carbonul care se scurg pentru a forma praf.
WR140 este una dintre puținele stele Wolf-Rayet prăfuite găsite într-un sistem binar. Se află pe orbită cu o altă stea, care este ea însăși o supergigantă albastră masivă, cu un vânt feroce propriu.
Doar câteva sisteme precum WR140 sunt cunoscute în întreaga noastră galaxie, totuși aceste câteva alese oferă astronomilor cel mai neașteptat și frumos cadou. Praful nu curge pur și simplu din stea pentru a forma o minge neclară, așa cum ar fi de așteptat; în schimb se formează doar într-o zonă în formă de con unde vânturile de la cele două stele se ciocnesc.
Deoarece steaua binară se află într-o mișcare orbitală constantă, și acest front de șoc trebuie să se rotească. Pena de funingine este apoi înfășurată în mod natural într-o spirală, în același mod ca jetul de la un stropitor de grădină rotativ.
Cu toate acestea, WR140 mai are câteva trucuri în mânecă, care adaugă o complexitate mai bogată în afișajul său strălucitor. Cele două stele nu sunt pe orbite circulare, ci eliptice și, în plus, producția de praf se activează și se oprește episodic pe măsură ce binarul se apropie și se îndepărtează de punctul de cea mai apropiată apropiere.
[Conținutul încorporat]
Un model aproape perfect
Modelând toate aceste efecte în geometria tridimensională a penei de praf, echipa noastră a urmărit locația caracteristicilor de praf în spațiul tridimensional.
Etichetând cu atenție imaginile fluxului în expansiune luate la Observatorul Keck din Hawaii, unul dintre cele mai mari telescoape optice din lume, am descoperit că modelul nostru al fluxului în expansiune se potrivește aproape perfect datelor.
Cu excepția unei nenorociri. Aproape chiar lângă stele, praful nu era acolo unde trebuia să fie. Urmărirea acelui nepotrivit minor ne-a condus la un fenomen nemaivăzut până acum de camera de filmat.
Puterea Luminii
Știm că lumina poartă impuls, ceea ce înseamnă că poate exercita o presiune asupra materiei cunoscută sub numele de presiune de radiație. Rezultatul acestui fenomen, sub forma materiei care se deplasează cu viteză mare în jurul cosmosului, este evident peste tot.
Dar a fost un proces remarcabil de dificil de prins în flagrant. Forța se estompează rapid odată cu distanța, așa că pentru a vedea că materialul este accelerat, trebuie să urmăriți foarte precis mișcarea materiei într-un câmp puternic de radiații.
Această accelerație s-a dovedit a fi singurul element care lipsește modelelor pentru WR140. Datele noastre nu se potriveau pentru că viteza de expansiune nu era constantă: praful primea un impuls din cauza presiunii radiațiilor.
Să surprind asta pentru prima dată cu camera a fost ceva nou. Pe fiecare orbită, este ca și cum steaua desfășoară o pânză uriașă făcută din praf. Când prinde radiația intensă care curge din stea, ca un iaht care prinde o rafală, vela prăfuită face un salt brusc înainte.
Inele de fum în spațiu
Rezultatul final al acestei fizice este extraordinar de frumos. Ca o jucărie de ceas, WR140 scoate inele de fum sculptate cu precizie la fiecare orbită de opt ani.
Fiecare inel este gravat cu toată această fizică minunată scrisă în detaliile formei sale. Tot ce trebuie să facem este să așteptăm, iar vântul în expansiune umflă carcasa de praf ca un balon până devine suficient de mare pentru ca telescoapele noastre să poată imaginea.
Apoi, opt ani mai târziu, binarul revine pe orbita sa și un alt înveliș apare identic cu cel de dinainte, crescând în interiorul bulei predecesorului său. Scoicile se acumulează în continuare ca un set fantomatic de păpuși uriașe de cuib.
Cu toate acestea, măsura adevărată în care am ajuns la geometria potrivită pentru a explica acest sistem stelar intrigant nu ne-a fost adusă acasă până când noua imagine Webb a sosit în iunie.
Aici nu erau una sau două, ci mai mult de 17 cochilii sculptate rafinat, fiecare fiind o replică aproape exactă cuibărită în cea anterioară. Aceasta înseamnă că cea mai veche, cea mai exterioară înveliș vizibilă în imaginea Webb trebuie să fi fost lansată cu aproximativ 150 de ani înainte de cea mai nouă înveliș, care este încă la început și se îndepărtează de perechea luminoasă de stele care conduce fizica din inima sistemului.
Cu penele lor spectaculoase și artificiile sălbatice, Wolf-Rayets au oferit una dintre cele mai interesante și mai complicate imagini care au fost lansate de noul telescop Webb.
Aceasta a fost una dintre primele imagini realizate de Webb. Astronomii sunt cu toții pe marginea scaunelor noastre, așteaptă ce minuni noi ne va trimite acest observator.
Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.
Credit imagine: NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL, Caltech
