同心尘埃环围绕着一对名为 Wolf-Rayet 140 的双星形成。这些尘埃是在恒星的恒星风每隔几年相互撞击时形成的。 （NASA/ESA/CSA/STScI/JPL-加州理工学院）
富含碳的宇宙尘埃来自不同的来源，并扩散到太空中，这是生命和像我们这样的岩石行星形成所必需的。
当天文学家将望远镜瞄准天空中的物体时，他们经常不得不与这种宇宙尘埃作斗争，这些尘埃遮蔽了他们的目标并干扰了他们的观测。
建造 JWST 的原因之一是利用红外视觉透视一些尘埃，并解锁对天体物理过程的新见解。在新的工作中，JWST 的任务是观察尘埃本身。
沃尔夫-拉叶二元WR 140距离我们约5000光年，位于天鹅座。 2022 年，研究人员发表了结果自然天文学揭示有关双星的细节。结果表明，来自两颗恒星的恒星风定期碰撞，产生富含碳的尘埃环，并从恒星向外扩展。
作者写道：“拥有沃尔夫-拉叶（WR）星的巨大碰撞风双星是星际介质中尘埃和化学富集的潜在重要来源。”他指出，尘埃的化学成分及其生存方式仍不清楚。
作者在研究中解释道：“富含碳的沃尔夫-拉叶双星 WR 140 为研究这些问题提供了一个理想的天体物理实验室，因为它具有明确的轨道周期，并且在近星体通过期间每 7.93 年就会发生一次可预测的尘埃形成事件。”
当这些恒星彼此靠近时，它们附近的环境是混乱的，甚至是敌对的。来自这些演化恒星的风化学成分丰富，当来自 WR 恒星的更强的风与来自 WR 恒星的风碰撞时转播星，气体被压缩，产生粉尘。由于尘埃仅在近星点产生，因此尘埃形成离散的环。
“因此，具有可解析星周尘埃星云的银河碰撞风 WC（碳序列沃尔夫-拉叶星）双星为研究这种尘埃形成过程提供了重要的实验室，过去几十年的观测已经证明了尘埃形成是如何受到调节的通过双星系统的轨道，”2022 年论文的作者解释道。
这对大质量恒星，其中一个沃尔夫-拉叶和一个转播星，彼此绕轨道运行，每 7.93 年到达近星点。那时，来自两颗恒星的强大星风相撞。天文学家认为，演化的沃尔夫-拉叶星及其碰撞风可能是宇宙中最早的一些碳质尘埃颗粒和有机物质的形成原因。
JWST 在 2016 年最后一次近星体拍摄大约 5.5 年后拍摄了 2022 年的原始图像。现在，在 JWST 首次观察 WR 140 大约 14 个月后，这架太空望远镜又对这颗相互作用的双星及其膨胀碳同心环进行了长时间观察- 丰富的灰尘。这些图像显示了环在不到两年的时间内膨胀了多少。
这篇新论文的主要作者艾玛·利布 (Emma Lieb) 表示：“望远镜证实了这些尘埃壳是真实存在的，其数据还表明，这些尘埃壳正在以一致的速度向外移动，揭示了在极短的时间内发生的可见变化。”科罗拉多州丹佛大学的博士生。
天体在如此短的时间尺度内表现出变化是相对罕见的。每八年，只有 14 个月的时间里，恒星风会碰撞并产生可见的富含碳的尘埃环。虽然众所周知，WR 双星会产生富含碳的尘埃，但大多数双星对并不那么活跃，而且它们的近星子在时间上相距更远。
“我们习惯于思考太空中的事件是在数百万或数十亿年的时间内缓慢发生的，”丹佛大学教授、合著者詹妮弗·霍夫曼补充道。 “在这个系统中，天文台显示尘埃壳从一年到下一年都在扩大。”
爱丁堡英国天文学技术中心的合著者奥利维亚·琼斯 (Olivia Jones) 表示：“在韦伯仅相隔 13 个月进行的观测中，看到这些贝壳的实时运动确实令人惊叹。” “这些新结果让我们第一次看到如此巨大的双星在宇宙中作为尘埃工厂的潜在作用。”
天文学家发现其他 WC 恒星也产生尘埃环。然而，WR 140 超过了所有这些。这篇 2022 年论文的作者解释道：“在 WR 140 周围检测到的这些遥远的星周贝壳的范围比所有其他已知的形成尘埃的 WC 系统的范围大 4 倍或更多。”
这些恒星沿着宽阔、细长的轨道运行，当它们的风每八年碰撞一次时，它们就会产生富含碳的尘埃，持续几个月。 JWST 强大的 MIRI 成像尘埃环的历史可以追溯到 130 多年前。
更古老的贝壳已经消散到星际空间中，不再连贯和可见。其中一些物质可能已经被恒星形成所吸收。
感谢 MIRI，研究人员了解到 WR 140 可能会在数十万年内产生数万个尘埃壳。
“中红外观测对于这项分析绝对至关重要，因为该系统中的尘埃相当冷。近红外和可见光观测只能显示距离恒星最近的壳层，”联合研究人员 Ryan Lau 解释道。亚利桑那州图森市 NSF NOIRLab 的作家和天文学家。
Lau 于 2022 年领导了对该系统的初步研究。“有了这些令人难以置信的新细节，该望远镜还使我们能够准确地研究恒星形成尘埃的时间——几乎是白天。”
这些 JWST 图像没有显示它，但并非所有尘埃都是环的形式。其中一些位于比整个太阳系还要大的云层中。其中一些以单个灰尘颗粒的形式自由漂浮，每个颗粒只有人类头发丝宽度的百分之一。在所有情况下，灰尘都富含碳并且以相同的速度移动。
据估计，这些光环的距离约为 1.4 万亿公里。相比之下，如果我们的太阳正在创建这些壳层，那么在创建下一个壳层之前，一个壳层与我们最近的邻居半人马座阿尔法星的距离约为百分之五。
最终，富含碳的尘埃壳的产生将会停止。大多数WR恒星以超新星的形式结束生命，其中一些可能直接塌陷成超新星。
但这是在遥远的未来。在人类不久的将来，WR 140 将继续产生这些富含碳的尘埃壳，而 JWST 将继续关注这个自然实验室，看看这一切是如何发生的。
