利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），天文學家捕捉了銀河系中的雙星系統沃爾夫-雷葉140（Wolf-Rayet 140）周圍富碳塵埃形成的動態過程。

韋伯望遠鏡提供了雙星系統”沃爾夫-雷葉140″中碳塵埃產生的詳細情況，顯示了它的快速膨脹和潛在壽命，這可能會影響銀河塵埃存在和恆星系統演化的理論。 資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Emma Lieb（丹佛大學）、Ryan Lau（NSF NOIRLab）、Jennifer Hoffman（丹佛大學）

生命的關鍵組成部分–碳是如何在太空中產生和分佈的？ 天文學家利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），在距離銀河系（Milky Way）僅5000光年的地方發現了一對恆星組合，它們就是創造富碳塵埃的罪魁禍首。 在沃爾夫-雷葉140系統中，兩顆大質量恆星以拉長的軌跡運行，它們的恆星風在靠近時發生碰撞，產生富碳塵埃。 每隔八年，這個過程就會形成一個新的塵埃殼，並向外擴張，最終可能在銀河系的其他地方產生新的恆星。

韋伯的中紅外線成像捕捉到了恆星周圍的17個不同的塵埃殼，儘管許多較老的塵埃殼可能已經隨著時間的推移而消散，預計未來將有數千個塵埃殼形成。 這些發現為了解碳的起源以及碳元素如何促進新恆星和行星的形成提供了重要線索。

觀看塵埃在太空中的運動

比較詹姆斯-韋伯太空望遠鏡拍攝的兩張沃爾夫-雷葉140的中紅外線影像，沃爾夫-雷葉140是由兩顆處於拉長軌道上的大質量恆星噴射出的塵埃殼組成的系統。 兩個三角形相匹配，顯示14 個月的差異有多大：

當埋藏在第一張和第二張圖片中白色中心區域的大質量恆星的風發生碰撞，這些物質被壓縮，形成富含碳的塵埃，並遠離恆星。 這種情況在每八年的軌道上會發生幾個月，這也是為什麼塵埃沒有平均”噴灑”到恆星周圍形成完整外殼的原因之一。

多年來，天文學家一直試圖了解碳等生命必需元素是如何在宇宙中擴散的。 美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）現在可以近距離觀察銀河系中富含碳的塵埃的一個活躍源了： Wolf-Rayet 140 是一個由兩顆大質量恆星組成的雙星系統，它們被鎖在一個狹長的軌道上。

當這些恆星相互靠近時，它們強大的恆星風會發生碰撞，壓縮物質並引發富碳塵埃的形成。 韋伯的詳細觀測結果顯示，17 個不同的塵埃殼在中紅外光下閃閃發光，以規律、有節奏的間隔向外膨脹，進入太空。

這段影片交替播放了詹姆斯韋伯太空望遠鏡對沃爾夫-雷葉140 的兩次觀測結果，這個雙星系統在130 多年的時間裡發出了超過17 個塵埃殼。 中紅外光觀測結果非常清晰地顯示了它們。 透過比較這對相隔僅14 個月的觀測數據，研究人員發現該系統中的塵埃已經膨脹。 每個外殼中所有塵埃的運動速度幾乎都是光速的1%。 恆星非常明亮，這導致兩張影像中都出現了衍射尖峰。 這些都是偽影，不是有意義的特徵。塵埃殼的快速膨脹

新論文的第一作者、科羅拉多州丹佛大學博士生艾瑪-利布（Emma Lieb）說：”望遠鏡不僅證實了這些塵埃殼是真實存在的，其數據還顯示塵埃殼正以一致的速度向外移動，在難以置信的短時間內顯示出可見的變化。

“每一顆”砲彈”都以每秒1600 英里（2600 公里）的速度飛離恆星，幾乎是光速的1%。”丹佛大學教授詹妮弗-霍夫曼（Jennifer Hoffman）補充說：”我們習慣於認為太空中的事件是緩慢發生的，需要數百萬年或數十億年的時間。

當沃爾夫-雷葉140 中的兩顆大質量恆星相互擺動過去時，它們的風發生碰撞，物質壓縮，富碳塵埃形成。 溫度較高的沃爾夫-雷葉的強風吹到溫度稍低（但仍然很熱）的伴星後面。 這兩顆恆星在每八年的軌道上會產生數月的塵埃。 資料來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）塵埃形成的發條

就像發條一樣，這兩顆恆星的風每隔八年就會產生幾個月的塵埃，因為這兩顆恆星會在寬而長的軌道上進行最接近。 韋伯望遠鏡也展示了塵埃形成的變化過程–請看兩張影像中左上方的暗色區域。

這台望遠鏡的中紅外線影像偵測到的星殼已經持續了130 多年。 研究人員推測，這些恆星最終將在數十萬年內產生數以萬計的塵埃殼。

“中紅外觀測對於這項分析來說絕對是至關重要的，因為這個系統中的塵埃溫度相當低。”亞利桑那州塔斯康的美國國家科學基金會NOIRLab的天文學家、合著者Ryan Lau解釋說：「近紅外線和可見光只能顯示最靠近恆星的外殼，有了這些令人難以置信的新細節，這架望遠鏡還能讓我們精確地研究恆星形成塵埃的時間–幾乎精確到天」。

塵埃的分佈並不均勻。 雖然這一點乍看之下並不明顯，但放大韋伯圖像中的外殼後就會發現，一些塵埃”堆積”在一起，形成了無定形的微妙雲團，其大小相當於我們整個太陽系。 其他許多塵埃微粒則自由漂浮。 每一粒塵埃都只有頭髮絲寬度的百分之一那麼小。 無論是否結塊，所有塵埃都以相同的速度移動，並且富含碳元素。

這張2023 年的沃爾夫-雷葉140 影像是由詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的中紅外線成像儀（MIRI）拍攝的，沃爾夫-雷葉140 是一個由中心兩顆大質量恆星噴射的塵埃殼系統。 圖中顯示了比例尺、羅盤箭頭和供參考的色鍵。 資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Emma Lieb（丹佛大學）、Ryan Lau（美國國家科學基金會NOIRLab）、Jennifer Hoffman（丹佛大學）

這些恆星在用塵埃”噴灑”完周圍的環境之後，經過幾百萬年或幾十億年會發生什麼變化呢？ 這個星系中的沃爾夫-雷葉恆星的質量是太陽的10 倍，它的生命即將結束。 在最後的”行動”中，這顆恆星要么會以超新星的形式爆炸–可能會炸掉部分或全部塵埃殼–要么會坍縮成黑洞，從而使塵埃殼完好無損。

雖然沒人能準確預測會發生什麼，但研究人員還是傾向於黑洞的情況。 “天文學的一個主要問題是，宇宙中所有的塵埃從何而來？” 劉說。 「如果像這樣富含碳的塵埃能夠存活下來，它可以幫助我們開始回答這個問題。”

霍夫曼補充說：”我們知道，碳是形成像我們這樣的岩石行星和太陽系的必要條件。令人興奮的是，我們可以一窺雙星系統如何不僅創造出富碳塵埃，而且還將其推進到我們的銀河系附近的。

這些結果發表在Astrophysical Journal Letters上，並在馬裡蘭州國家港舉行的美國天文學會第245次會議的新聞發布會上做了介紹。

編譯自/ ScitechDaily