令人瞠目結舌的圖像揭示了垂死的星星像蛇一樣糾纏在一起
論文考試的前一天,我的朋友兼射電天文學家喬·卡林厄姆向我展示了圖像我們已經等待了五年——一張我們要求的兩顆垂死恒星的紅外照片甚大望遠鏡在智利。
我倒吸一口涼氣——星星被巨大的塵埃漩渦包裹著,就像一條蛇吃自己的尾巴。
我們給它取名阿佩普,為埃及蛇的毀滅之神。現在,我們的團隊終于有幸使用美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)來觀察Apep。
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如果說有什么東西可以超越看到其美麗的螺旋星云的第一次震驚,那就是這張令人驚嘆的新圖像,JWST 數據現在在二文件在 arXiv 上。
暴星死亡
就在它們作為超新星死亡之前,宇宙中質量最大的恒星猛烈地脫落了它們的外層氫層,使它們沉重的核心暴露在外。
這些被稱為沃爾夫-拉葉星在他們的發現者之后,他們注意到這些物體噴出的強大氣體流,比來自太陽的恒星風強得多。沃爾夫-拉葉階段只持續了幾千年——在宇宙時間尺度上是眨眼的——然后它們就會猛烈爆炸。
與我們的太陽不同,宇宙中的許多恒星成對存在,稱為二進制文件。對于質量最大的恒星尤其如此,例如沃爾夫-雷耶茨。
當來自沃爾夫-拉葉星的猛烈狂風與它們較弱的同伴的風發生碰撞時,它們會相互壓縮。在這場風暴的眼中形成了一個密集、涼爽的環境,富含碳的風可以凝結成塵埃。宇宙中最早的碳塵埃——構成我們自己身體的第一種物質——就是這樣制造的。
沃爾夫-拉葉的塵埃幾乎以一條直線被吹出,恒星的軌道運動將其包裹成螺旋狀星云,從上方看,看起來就像灑水器的水一樣。
我們預計 Apep 看起來像這些優雅的風車星云之一,發現作者:我們的同事和合著者彼得·塔希爾.令我們驚訝的是,它沒有。
平等的對手
新圖像是使用JWST的紅外熱像儀,就像熱像儀由獵人或軍隊使用。它表示熱材料為藍色,冷材料表示綠色到紅色。
事實證明,阿佩普不僅僅是一顆強大的恒星轟炸了一個較弱的同伴,而是二沃爾夫-拉葉主演。對手的風力幾乎相等,塵埃散布得非常寬球果并包裹成風襪形狀。
當我們最初描述 Apep 于 2018 年,我們注意到第三顆更遠的恒星,推測它是否也是系統的一部分,或者沿視線偶然闖入者。
塵埃的移動速度似乎比風慢得多,這很難解釋。我們認為塵埃可能是從一顆快速旋轉的恒星的赤道吹來的緩慢而濃烈的風,這在今天很少見,但在早期宇宙中很常見。
JWST 的新、更詳細的數據顯示,在旋轉的塵埃背景下,還有三個塵埃殼放大得更遠,每個都比上一個更冷、更暗,并且間隔完美均勻。
新數據,新知識
JWST 數據現在發表并在兩篇論文中進行了解釋,其中一篇由加州理工學院天文學家韓一諾領銜,另一個由麥考瑞大學碩士生瑞安·懷特.
韓氏論文揭示了星云的塵埃如何冷卻,將背景塵埃與前景恒星聯系起來,并表明這些恒星離地球比我們想象的要遠。這意味著它們非常明亮,但削弱了我們最初關于慢風和快速自轉的說法。
在懷特的論文,他開發了星云形狀的快速計算機模型,并用它來非常精確地解碼內恒星的軌道。
他還注意到從塵埃殼中取出了一個“咬”,正是第三顆恒星的風將咀嚼它們的地方。這證明 Apep 一家不僅僅是一對雙胞胎——他們還有第三個兄弟姐妹。
了解像 Apep 這樣的系統可以告訴我們更多關于恒星死亡和碳塵埃起源的信息,但是這些系統還有一種迷人的美感,從它們看似簡單的幾何形狀中浮現出來。
恒星死亡的暴力塑造了對牛頓和阿基米德來說有意義的謎題,解決它們并分享它們是一種科學的樂趣。