У липні нове дивовижне зображення далекої екстремальної зоряної системи, оточеної сюрреалістичними концентричними геометричними кільцями, змусило навіть астрономів почухати голову. Знімок, який виглядає як своєрідний «космічний відбиток великого пальця», надійшов з космічного телескопа Джеймса Вебба, найновішої флагманської обсерваторії NASA.
Інтернет одразу засвітився теоріями та припущеннями. Дехто з дикої окраїни навіть стверджував, що це є доказом «інопланетних мегаструктур» невідомого походження.
На щастя, наша команда з Сіднейського університету вже вивчала цю саму зірку, відому як WR140, понад 20 років, тому ми мали найкращі можливості використовувати фізику для інтерпретації того, що ми бачимо.
Наша модель, опубліковані в природа, пояснює дивний процес, за допомогою якого зірка створює сліпучий візерунок кілець, видимий на зображенні Вебба (саме зараз опубліковані в Природа астрономії).
Секрети WR140
WR140 називається a Зірка Вольфа-Райє. Це одні з найбільш екстремальних зірок із відомих. У рідкісному, але красивому вигляді вони іноді можуть викидати шлейф пилу в космос, що розтягується в сотні разів більше за всю нашу Сонячну систему.
Радіаційне поле навколо Вольфа-Раєтса настільки інтенсивне, що пил і вітер розноситься назовні зі швидкістю тисячі кілометрів на секунду, або приблизно 1 відсоток швидкості світла. У той час як усі зірки мають зоряний вітер, ці люди, що перевищують успіхи, створюють щось більше схоже на зоряний ураган.
Важливо те, що цей вітер містить такі елементи, як вуглець, який витікає з утворенням пилу.
WR140 — одна з небагатьох запилених зірок Вольфа-Райє, знайдених у подвійній системі. Вона знаходиться на орбіті з іншою зіркою, яка сама є масивним блакитним надгігантом із власним лютим вітром.
Лише декілька систем, подібних до WR140, відомі у всій нашій галактиці, але ці кілька обраних дарують астрономам найнесподіваніший і найгарніший подарунок. Пил не просто витікає із зірки, утворюючи туманну кулю, як можна очікувати; натомість він утворюється лише в конусоподібній області, де стикаються вітри двох зірок.
Оскільки подвійна зірка перебуває в постійному орбітальному русі, цей ударний фронт також повинен обертатися. Потім шлейф кіптяви природним чином загортається в спіраль, так само, як струмінь від обертового садового спринклера.
Однак у WR140 є ще кілька хитрощів, що надають більшу складність на його яскравому дисплеї. Дві зірки перебувають не на кругових, а на еліптичних орбітах, і, крім того, утворення пилу періодично вмикається та вимикається, коли подвійна система наближається до точки найближчого зближення та віддаляється від неї.
[Вбудоване вміст]
Майже ідеальна модель
Моделюючи всі ці ефекти в тривимірній геометрії шлейфу пилу, наша команда відстежувала розташування елементів пилу в тривимірному просторі.
Ретельно позначивши зображення потоку, що розширюється, зроблені в обсерваторії Кека на Гаваях, одному з найбільших у світі оптичних телескопів, ми виявили, що наша модель потоку, що розширюється, майже ідеально відповідає даним.
За винятком однієї придирки. Поблизу зірки пилу не було там, де він мав бути. Переслідування цієї незначної помилки привело нас до явища, яке раніше ніколи не було зафіксовано на камеру.
Сила світла
Ми знаємо, що світло передає імпульс, а це означає, що воно може тиснути на речовину, відоме як радіаційний тиск. Наслідки цього явища у формі матерії, що на великій швидкості рухається навколо космосу, очевидні всюди.
Але це було надзвичайно складно вловити на місці. Сила швидко слабшає з відстанню, тому, щоб побачити прискорення матеріалу, потрібно дуже точно відстежувати рух речовини в сильному полі випромінювання.
Це прискорення виявилося єдиним відсутнім елементом у моделях для WR140. Наші дані не підходили, тому що швидкість розширення була непостійною: пил отримував поштовх від радіаційного тиску.
Зловити це вперше на камеру було чимось новим. На кожній орбіті зірка ніби розгортає гігантське вітрило з пилу. Коли воно вловлює інтенсивне випромінювання, що струмує від зірки, як яхта, що вловлює порив вітру, запорошене вітрило робить раптовий стрибок вперед.
Кільця диму в космосі
Кінцевий результат усієї цієї фізики приголомшливо прекрасний. Як заводна іграшка, WR140 випускає чітко виліплені димові кільця на кожній восьмирічній орбіті.
На кожному кільці вигравірувано всю цю чудову фізику, написану в деталях його форми. Все, що нам потрібно зробити, це чекати, і вітер, що розширюється, надуває пилову оболонку, як повітряну кулю, доки вона не стане достатньо великою, щоб наші телескопи могли її знімати.
Потім, через вісім років, подвійна система повертається на свою орбіту, і інша оболонка виглядає ідентичною попередній, зростаючи всередині міхура свого попередника. Снаряди продовжують накопичуватися, як примарний набір гігантських матрьошок.
Однак справжню міру, до якої ми знайшли правильну геометрію, щоб пояснити цю інтригуючу зоряну систему, ми не з’ясували, поки в червні не надійшло нове зображення Вебба.
Тут була не одна чи дві, а понад 17 вишукано виліплених черепашок, кожна з яких була майже точною копією, вкладеною в попередню. Це означає, що найстаріша зовнішня оболонка, видима на зображенні Вебба, мала бути запущена приблизно за 150 років до найновішої оболонки, яка все ще перебуває в зародковому стані та прискорюється від сяючої пари зірок, що керує фізикою в центрі системи.
Завдяки своїм вражаючим шлейфам і шаленим феєрверкам Вольф-Райєтс створив одне з найінтригуючих зображень зі складними візерунками, які були опубліковані новим телескопом Webb.
Це було одне з перших зображень, зроблених Веббом. Астрономи стоять на краю своїх місць, чекаючи, які нові дива принесе нам ця обсерваторія.
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
Зображення Фото: NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL, Caltech
