摘要：天文学家使用詹姆斯·韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope）发现了位于我们银河系内、仅5000光年远的两颗恒星，它们是生成富含碳的尘埃的源头。
天文学家使用詹姆斯·韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope）发现了位于我们银河系内、仅5000光年远的两颗恒星，它们是生成富含碳的尘埃的源头。
Credit:NASA
这两颗位于沃尔夫-雷耶特140（Wolf-Rayet 140）星系中的巨大恒星在它们椭圆轨道的轨迹上相互靠近时，恒星风发生碰撞，产生富碳尘埃。每八年一次，这两颗恒星会在几个月的时间里形成一个新的尘埃壳层，并向外扩展，最终这些尘埃可能会成为银河系其他地方形成恒星的一部分。
天文学家长期致力于追踪像碳这样的元素如何在宇宙中广泛分布，因为碳是生命所必需的元素。如今，詹姆斯·韦布太空望远镜对我们银河系中的一个持续产生富碳尘埃的源头进行了更深入的观察：沃尔夫-雷耶特140（WR140），这是一个由两颗巨大恒星组成的双星系统，它们在一条紧密且延长的轨道上运行。
当这两颗恒星相互靠近时（在韦布望远镜的图像中位于中央白点处），每颗恒星的恒星风发生碰撞，物质被压缩，从而形成富含碳的尘埃。最新的观测结果显示，在中红外光中，韦布望远镜捕捉到了17个尘埃壳层，这些壳层以规律的间隔向周围的空间扩展。
“望远镜确认了这些尘埃壳层的真实存在，其数据还显示，这些尘埃壳层正在以一致的速度向外扩展，在极短的时间内出现了可见的变化，”新论文的首席作者、科罗拉多大学丹佛分校的博士生艾玛·利布（Emma Lieb）说道。
每个尘埃壳层以超过2600公里每秒的速度远离恒星，几乎是光速的1%。联合作者、科罗拉多大学丹佛分校的教授詹妮弗·霍夫曼（Jennifer Hoffman）补充道：“我们习惯于认为宇宙中的事件是缓慢发生的，通常需要数百万或数十亿年，而在这个系统中，望远镜展示了这些尘埃壳层在一年的时间里扩展。”
“看到这些壳层在韦布望远镜的观测下，短短13个月内的真实运动，实在令人惊叹，”英国天文学技术中心爱丁堡的联合作者奥利维亚·琼斯（Olivia Jones）表示，“这些新结果为我们首次展示了如此庞大的双星系统作为宇宙尘埃工厂的潜在作用。”
像钟表一样，这些恒星的风每八年就会在几个月的时间里产生尘埃，因为这对恒星在一次宽广的、延长的轨道上接近。韦布望远镜还展示了尘埃形成的停止区域——在两幅图像的左上角可以看到较暗的区域。
望远镜的中红外图像显示，尘埃壳层已经存在了超过130年（较老的壳层已经消散到无法被探测）。研究人员推测，这些恒星最终将会在数十万年内生成成千上万的尘埃壳层。
“中红外观测对于这一分析至关重要，因为这个系统中的尘埃相对较冷。近红外和可见光观测只能显示靠近恒星的尘埃壳层，”联合作者、亚利桑那州图森市国家科学基金会天文实验室（NSF NOIRLab）天文学家瑞安·劳（Ryan Lau）解释道，他还领导了关于这个系统的初步研究。“通过这些令人难以置信的新细节，望远镜让我们能够精确研究恒星何时开始形成尘埃——几乎精确到某一天。”
尘埃的分布并不均匀。尽管这些差异在韦布望远镜的图像中并不明显，研究小组发现，有些尘埃已经‘堆积’起来，形成了如同我们整个太阳系大小的无定形、细腻的云团。其他许多单独的尘埃颗粒则漂浮在空中。每一粒尘埃的大小约为人类头发宽度的百分之一。无论是团聚的还是分散的，这些尘埃都以相同的速度移动，并且富含碳。
那么，这些恒星在数百万或数十亿年后会发生什么呢？当它们完成了“喷洒”尘埃的任务之后？该系统中的沃尔夫-雷耶特星比太阳重10倍，且正接近其生命周期的终点。在它的最后“表演”中，这颗恒星要么会爆炸成超新星——可能会把一些或全部尘埃壳层吹散——要么会坍缩成黑洞，这样尘埃壳层就会完好无损。
尽管没人能准确预测发生什么，研究人员更希望看到黑洞的情景。“天文学中的一个重大问题是，宇宙中的尘埃都来自哪里？”劳说道，“如果像这样的富碳尘埃得以存活，它可能帮助我们开始解答这个问题。”
霍夫曼补充道：“我们知道，碳是形成像我们太阳系这样的类地行星和太阳系所必需的元素。看到双星系统不仅能创造富碳尘埃，还能将其推送到我们的银河邻域，真是令人激动。”
这些研究结果已发表在《天体物理学杂志快报》上，并在美国天文学会第245次年会上进行了新闻发布。
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参考
来源：NASA爱好者