Впервые замечено, как звездный свет ускоряет материю

Благодаря двум десятилетиям оптических данных, собранных на обсерватории Кека на Гавайях, и добавлению новых инфракрасных данных, полученных с помощью аппарата Джеймса Уэбба, астрономы впервые непосредственно наблюдали, как интенсивный звездный свет может "толкать" материю.

Исследователи из Кембриджского и Сиднейского университетов провели наблюдения на горе Кек за гигантским шлейфом пыли, образовавшимся в результате бурного взаимодействия двух массивных звезд в бинарной системе WR 140. Однако недавно "Уэбб" смог заглянуть гораздо глубже и сфотографировать не один ускоряющийся пылевой шлейф, а около двадцати, расположенных друг внутри друга и образующих систему концентрических колец.

Давление излучения света

На расстоянии чуть более 5 000 световых лет от Земли бинарная система WR140 состоит из огромной звезды Вольфа-Райета (эволюционирующей, массивной, горячей и извергающейся) и еще более крупной голубой сверхгигантской звезды, гравитационно связанной восьмилетней орбитой. WR140 выбрасывает шлейфы пыли, простирающиеся на расстояние, в тысячи раз превышающее расстояние между Землей и Солнцем. Эти струи, возникающие каждые восемь лет, дают астрономам уникальную возможность наблюдать, как звездный свет может влиять на материю.

На самом деле свет переносит импульс, оказывая "давление" на материю, известное как радиационное давление. Это явление часто наблюдается в виде струй материи, движущихся через космос с большой скоростью, но зафиксировать фактическую тягу нелегко, регистрируя ускорение за счет излучения, а не гравитации. Технология солнечных парусов работает по тому же принципу. Иньуо Хань из Кембриджского института астрономии, ведущий автор исследования, пояснил:

Трудно увидеть свет звезды, вызывающий ускорение, потому что сила исчезает с расстоянием, и другие силы быстро берут верх. Чтобы увидеть ускорение на уровне, который становится измеримым, материал должен находиться достаточно близко к звезде или источник радиационного давления должен быть очень сильным.

Звездные ураганы и интерферометрия

WR140 является особенно подходящей системой для проверки этого явления. На самом деле это бинарная звезда, интенсивное поле излучения которой делает ее доступной для высокоточных данных. Кроме того, звездные ветры звезд Вольфа-Райета очень сильны, подобно настоящему звездному урагану. Элементы, такие как углерод, в ветре конденсируются в виде пыли, которая остается достаточно горячей, чтобы светиться в инфракрасном диапазоне. Как дым на ветру, это дает телескопам нечто, что можно наблюдать.

Команда, проводившая наблюдения с помощью телескопа Кек, использовала технологию формирования изображений, известную как интерферометрия, которая смогла действовать как своего рода зум для 10-метрового зеркала. Это позволило исследователям получить достаточно четкие изображения WR140 для исследования.

При этом Хан и его команда обнаружили, что пыль, входящая в состав шлейфа, не уходит от звезды вместе со звездным ветром. Вместо этого она образуется в точке, где сталкиваются ветры двух звезд. Поскольку орбитальная бинарная звезда находится в постоянном движении, пылевой шлейф закручивается в спираль.

Кольца пыли отбрасываются назад каждые 8 лет

Однако на этом сюрпризы не закончились. Снимок, сделанный "Джеймсом Уэббом", на самом деле показал по меньшей мере 17 концентрических пылевых колец, исходящих от пары звезд. Каждое кольцо образовалось, когда две звезды сблизились и их звездные ветры столкнулись, сжимая газ и образуя частицы пыли. По оценкам исследователей, кольцо образуется один раз на каждую завершенную орбиту, то есть каждые 7,93 года.

Более того, в этой конкретной системе орбита звезды Вольфа-Райета является эллиптической, а не круговой. В результате звезды находятся достаточно близко, чтобы пыль образовывалась лишь на короткие периоды во время их орбит. Это и создает уникальный рисунок кольца. Кроме того, кольца WR 140 не являются идеально круглыми. Более того, в одних местах они выглядят ярче, а в других почти незаметны. Это связано с тем, что:

• Производство пыли меняется по мере приближения звезд друг к другу.
• "Уэбб" наблюдает систему не прямо в плоскости орбит звезд, а под углом.

Изображение Уэбба было получено средним инфракрасным инструментом (MIRI) в фильтрах F770W (7,7 микрометров, синий), F1500W (15 микрометров, зеленый) и F2100W (21 микрометр, красный). Наблюдения проводились в рамках программы наблюдений Уэбба "Раннее освобождение" (ERO) под номером 1349.

Свет ускоряет материю

Исследователи построили модель для объяснения конформаций пыли. В отсутствие внешних сил каждая из них должна была бы расширяться с постоянной скоростью. Наблюдения говорили об обратном: скорость расширения была не постоянной, а скорее ускоряющейся. "Мы поймали его впервые", - сказал Хан.

С помощью "Уэбба" исследователи смогут узнать гораздо больше о звездной системе WR140 и подобных системах. Космический телескоп обладает большой стабильностью и чувствительностью, что позволит проводить наблюдения гораздо легче, чем с земли. Таким образом, открывается новое окно в мир физики Вольфа-Райета.