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JWST 捕捉到令人难以置信的灰尘被光推动的图像

  • 2022-10-13
  • Scien

两颗罕见的恒星在宽阔、狂野的探戈中相互缠绕,为天文学家提供了一个独特的机会来研究它们布满灰尘的裙子上柔和的光线。

被称为WR 140的双星物体被一系列嵌套的尘埃壳包围,这些尘埃壳正在慢慢地被推入太空,不仅受到双星带电粒子星风的影响,还受到恒星本身发出的辐射的影响。

科学家们首次能够直接观察到这种辐射压力的作用,利用凯克天文台的红外观测来跟踪一个巨大的羽流在 16 年的时间里向太空扩张的过程。

这有助于解释我们在来自詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST),第二篇论文,显示了炽热的双星坐落在大量发光的尘埃壳中。

“很难看到星光引起加速,因为这种力随着距离的增加而减弱,而其他力很快就会取代,”says astronomer Yinuo Han剑桥大学的。

“为了见证可测量水平的加速度,物质需要相当接近恒星,或者辐射压力源需要特别强。WR 140 是一颗双星,其凶猛的辐射场增强了这些效应,使它们处于我们高精度数据的范围内。”

WR 140,尽显其红外光辉。 (美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室)

WR 140 位于天鹅座,距离我们约 5,600 光年,是稀有之中的稀有。这就是所谓的碰撞风双星,由一颗极为罕见的沃尔夫-拉叶星和一颗蓝色 O 型超巨星伴星(另一个罕见的天体)组成。

正如我们所拥有的沃尔夫-拉叶星非常热,非常亮,而且非常古老,在其主序寿命结束时会燃烧殆尽。它们的氢含量严重不足,而氮或碳含量丰富,并且质量损失速度非常快。这种损失的质量也富含碳,它吸收恒星的辐射并将其以红外光的形式重新发射。

另一方面,O 型恒星是已知质量最大的恒星之一,也非常炽热和明亮。因为它们质量太大,它们的寿命非常短暂,几百万年后就会消失。

WR 140 系统中的两颗恒星都具有快速星风,以每秒约 3,000 公里(1,864 英里)的速度喷向太空。因此,两者都以相当惊人的速度失去质量。这其实很正常。但恒星以椭圆形或椭圆形相互绕轨道运行,这意味着它们的轨道并不均匀。它们靠得很近(近星体),然后再次分开很远的距离(远星体)。

动画展示了 WR 140 双星系统如何在近星体产生尘埃,就好像从上方观察双星系统一样。 (美国宇航局、欧空局、约瑟夫·奥尔姆斯特德/STScI)

在近星点,它们强大的恒星风相撞,产生冲击波和向外膨胀的巨大尘埃,形成尘埃壳。恒星每​​ 7.94 年绕行一周,这意味着每个新壳层的产生会比上一个壳层晚 7.94 年。这种可预测性意味着像 WR 140 这样的天体是研究灰尘产生和加速的迷人天体。

但你可能已经注意到,贝壳的形状很奇特,一侧伸出,产生了所谓的“松鼠”的形状。仅凭恒星风很难解释这一点。

“在没有外力的情况下,每个尘埃螺旋应该以恒定的速度膨胀,”韩说。

“一开始我们很困惑,因为我们无法让我们的模型适应观察结果,直到我们最终意识到我们看到了新的东西。数据不适合,因为膨胀速度不是恒定的,而是它正在加速。我们第一次在相机上捕捉到这一点。”

但还有另一种解释:辐射压。由于动量从光子转移到表面,电磁辐射(光)会对它所撞击的任何物体施加一个非常非常小的压力。光子是如此之小且无质量,这不会影响你的日常生活,但恒星会发出大量强大的辐射。未经过滤,在太空真空中,它实际上可以推动物质。这就是背后的原理。

当研究小组将辐射压力纳入 WR 140 模型时,他们能够重现双星周围气球膨胀的奇特形状。

“从某种意义上说,我们一直都知道这一定是资金外流的原因,但我从未梦想过我们能够看到这样的物理原理,”天体物理学家彼得·图希尔说澳大利亚悉尼大学的教授。

“当我现在查看数据时,我看到WR140的羽流展开,就像一个由尘埃制成的巨大帆。当它捕捉到从恒星发出的光子风时,就像一艘游艇迎上阵风,它会突然向前跳跃。”

宇宙确实充满了奇迹。

该团队的研究成果发表于自然,以及关于 JWST 观测的第二篇论文自然天文学。

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