Уэбб наблюдает, как в звездной системе формируются и расширяются оболочки из богатой углеродом пыли

Фрагмент наблюдений Уэбба за Wolf-Rayet 140, проведенных в 2023 году. Авторы: Изображение: НАСА, ЕКА, CSA, STScI; Научные сотрудники: Эмма Либ (Денверский университет), Райан Лау (NSF NOIRLab), Дженнифер Хоффман (Денверский университет)

Астрономы долгое время пытались выяснить, как такие элементы, как углерод, который необходим для жизни, становятся широко распространенными по Вселенной. Теперь космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба более подробно изучил один из постоянных источников богатой углеродом пыли в нашей галактике Млечный Путь: систему Вольфа-Райе 140, состоящую из двух массивных звезд, которые движутся по узкой вытянутой орбите.

Когда они проносятся мимо друг друга (в пределах центральной белой точки на снимках Уэбба), звездные ветры от каждой звезды сталкиваются, вещество сжимается, и образуется богатая углеродом пыль. Последние наблюдения Уэбба показывают 17 пылевых оболочек, светящихся в среднем инфракрасном диапазоне, которые через равные промежутки времени распространяются в окружающее пространство.

Изображение А: Сравните наблюдения Wolf-Rayet 140 (изображения MIRI). На двух снимках в среднем инфракрасном диапазоне, сделанных космическим телескопом Wolf-Rayet 140 НАСА имени Джеймса Уэбба, видна богатая углеродом пыль, движущаяся в космосе. Справа два треугольника на основных изображениях совмещены, чтобы показать, насколько велика разница в 14 месяцев: пыль удаляется от центральных звезд почти на 1% быстрее скорости света. Эти звезды находятся на расстоянии 5000 световых лет от нашей галактики Млечный Путь. Автор: Изображение: НАСА, ЕКА, CSA, STScI; Научные сотрудники: Эмма Либ (Денверский университет), Райан Лау (NSF NOIRLab), Дженнифер Хоффман (Денверский университет)

"Телескоп не только подтвердил, что эти пылевые оболочки реальны, его данные также показали, что пылевые оболочки движутся наружу с постоянными скоростями, выявляя видимые изменения за невероятно короткие промежутки времени", - сказала Эмма Либ, ведущий автор новой статьи на эту тему и докторант университета из Денвера, штат Колорадо.

Работа опубликована в Astrophysical Journal Letters.

Каждый снаряд удаляется от звезд со скоростью более 1600 миль в секунду (2600 километров в секунду), что почти на 1% превышает скорость света.

"Мы привыкли думать, что события в космосе происходят медленно, в течение миллионов или миллиардов лет", - добавила Дженнифер Хоффман, соавтор исследования и профессор Денверского университета. "В этой системе обсерватория показывает, что пылевые оболочки расширяются от года к году".

Как по маслу, звездные ветры генерируют пыль в течение нескольких месяцев каждые восемь лет, когда пара совершает самое близкое сближение по широкой, вытянутой орбите. Вебб также показывает, как меняется образование пыли — обратите внимание на более темную область вверху слева на обоих снимках.

На изображениях телескопа в среднем инфракрасном диапазоне были обнаружены раковины, которые сохранились более 130 лет. (Более старые раковины рассеялись настолько, что теперь их невозможно обнаружить). Исследователи предполагают, что звезды в конечном счете будут образовывать десятки тысяч пылевых оболочек в течение сотен тысяч лет.

"Наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне абсолютно необходимы для этого анализа, поскольку пыль в этой системе довольно холодная. В ближнем инфракрасном и видимом свете были бы видны только те оболочки, которые находятся ближе всего к звезде", - объяснил Райан Лау, соавтор и астроном из NSF NOIRLab в Тасконе, штат Аризона, который руководил первоначальными исследованиями этой системы. "Благодаря этим невероятным новым деталям телескоп также позволяет нам точно определить, когда звезды образуют пыль — почти с точностью до дня".

Распределение пыли неравномерно. Хотя на первый взгляд это неочевидно, при увеличении изображений, сделанных Уэббом, видно, что часть пыли «скопилась», образуя аморфные, тонкие облака, которые по размеру не уступают всей нашей Солнечной системе. Множество других отдельных частиц пыли свободно плавают в воздухе. Каждая пылинка размером с одну сотую толщины человеческого волоса. Комковатая или нет, вся пыль движется с одинаковой скоростью и богата углеродом.

Будущее этой системы

Что произойдет с этими звездами через миллионы или миллиарды лет, после того как они перестанут «забрасывать» пылью свое окружение? Звезда Вольфа-Райе в этой системе в 10 раз массивнее Солнца и ее жизненный цикл приближается к концу. В своем заключительном «акте» эта звезда либо взорвется как сверхновая, возможно, уничтожив часть или все пылевые оболочки, либо превратится в черную дыру, которая оставит пылевые оболочки нетронутыми.

Хотя никто не может с уверенностью предсказать, что произойдет, исследователи поддерживают сценарий с черными дырами.

"Главный вопрос в астрономии заключается в том, откуда берется вся пыль во Вселенной?" - сказал Лау. "Если такая пыль, богатая углеродом, сохранится, это может помочь нам ответить на этот вопрос".

"Мы знаем, что углерод необходим для формирования каменистых планет и солнечных систем, подобных нашей", - добавил Хоффман. "Очень интересно получить представление о том, как двойные звездные системы не только создают богатую углеродом пыль, но и переносят ее в окрестности нашей галактики".

Эти результаты также были представлены на пресс-конференции в рамках 245-го заседания Американского астрономического общества в Нэшнл-Харбор, штат Мэриленд.

Дополнительная информация: Эмма П. Либ и др., Динамические отпечатки пылеобразования при встречном ветре из WR 140, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ad9aa9

Источник: NASA