利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），天文学家捕捉到了银河系中的双星系统沃尔夫-雷叶140（Wolf-Rayet 140）周围富碳尘埃形成的动态过程。
韦伯望远镜提供了双星系统"沃尔夫-雷叶140"中碳尘埃产生的详细情况，显示了它的快速膨胀和潜在寿命，这可能会影响银河尘埃存在和恒星系统演化的理论。 资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Emma Lieb（丹佛大学）、Ryan Lau（NSF NOIRLab）、Jennifer Hoffman（丹佛大学）
生命的关键组成部分--碳是如何在太空中产生和分布的？ 天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），在距离银河系（Milky Way）仅5000光年的地方发现了一对恒星组合，它们就是创造富碳尘埃的罪魁祸首。 在沃尔夫-雷叶140系统中，两颗大质量恒星以拉长的轨迹运行，它们的恒星风在靠近时发生碰撞，产生富碳尘埃。 每隔八年，这个过程就会形成一个新的尘埃壳，并向外扩张，最终可能在银河系的其他地方产生新的恒星。
韦伯的中红外成像捕捉到了恒星周围的17个不同的尘埃壳，尽管许多较老的尘埃壳可能已经随着时间的推移而消散，预计未来还会有数千个尘埃壳形成。 这些发现为了解碳的起源以及碳元素如何促进新恒星和行星的形成提供了重要线索。
观看尘埃在太空中的运动
比较詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄的两张沃尔夫-雷叶140的中红外图像，沃尔夫-雷叶140是由两颗处于拉长轨道上的大质量恒星喷射出的尘埃壳组成的系统。 两个三角形相匹配，显示出 14 个月的差别有多大：
当埋藏在第一张和第二张图片中白色中心区域的大质量恒星的风发生碰撞，这些物质被压缩，形成富含碳的尘埃，并远离恒星。 这种情况在每八年的轨道上会发生几个月，这也是为什么尘埃没有平均"喷洒"到恒星周围形成完整外壳的原因之一。
多年来，天文学家一直试图了解碳等生命必需元素是如何在宇宙中扩散的。 美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）现在可以近距离观察银河系中富含碳的尘埃的一个活跃源了： Wolf-Rayet 140 是一个由两颗大质量恒星组成的双星系统，它们被锁定在一个狭长的轨道上。
当这些恒星相互靠近时，它们强大的恒星风会发生碰撞，压缩物质并引发富碳尘埃的形成。 韦伯的详细观测结果显示，17 个不同的尘埃壳在中红外光下闪闪发光，以有规律、有节奏的间隔向外膨胀，进入太空。
这段视频交替播放了詹姆斯-韦伯太空望远镜对沃尔夫-雷叶 140 的两次观测结果，这个双星系统在 130 多年的时间里发出了超过 17 个尘埃壳。 中红外光观测结果非常清晰地显示了它们。 通过比较这对相隔仅 14 个月的观测数据，研究人员发现该系统中的尘埃已经膨胀。 每个外壳中所有尘埃的运动速度几乎都是光速的 1%。 恒星非常明亮，这导致两幅图像中都出现了衍射尖峰。 这些都是伪影，不是有意义的特征。尘埃壳的快速膨胀
新论文的第一作者、科罗拉多州丹佛大学博士生艾玛-利布（Emma Lieb）说："望远镜不仅证实了这些尘埃壳是真实存在的，其数据还显示尘埃壳正以一致的速度向外移动，在难以置信的短时间内显示出可见的变化。"
"每一颗"炮弹"都以每秒 1600 英里（2600 公里）的速度飞离恒星，几乎是光速的 1%。"丹佛大学教授詹妮弗-霍夫曼（Jennifer Hoffman）补充说："我们习惯于认为太空中的事件是缓慢发生的，需要数百万年或数十亿年的时间。在这个系统中，天文台显示尘埃壳从一年膨胀到下一年"。
当沃尔夫-雷叶140 中的两颗大质量恒星相互摆动过去时，它们的风发生碰撞，物质压缩，富碳尘埃形成。 温度较高的沃尔夫-雷叶的强风吹到温度稍低（但仍然很热）的伴星后面。 这两颗恒星在每八年的轨道上会产生几个月的尘埃。 资料来源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）尘埃形成的发条
就像发条一样，这两颗恒星的风每隔八年就会产生几个月的尘埃，因为这两颗恒星会在宽而长的轨道上进行最接近。 韦伯望远镜还展示了尘埃形成的变化过程--请看两幅图像中左上方的暗色区域。
这台望远镜的中红外图像探测到的星壳已经持续了 130 多年。 研究人员推测，这些恒星最终将在数十万年内产生数以万计的尘埃壳。
"中红外观测对于这项分析来说绝对是至关重要的，因为这个系统中的尘埃温度相当低。 "亚利桑那州塔斯康的美国国家科学基金会NOIRLab的天文学家、合著者Ryan Lau解释说："近红外和可见光只能显示最靠近恒星的外壳，有了这些令人难以置信的新细节，这架望远镜还能让我们精确地研究恒星形成尘埃的时间--几乎精确到天"。
尘埃的分布并不均匀。 虽然这一点乍一看并不明显，但放大韦伯图像中的外壳后就会发现，一些尘埃"堆积"在一起，形成了无定形的微妙云团，其大小相当于我们整个太阳系。 其他许多尘埃微粒则自由漂浮。 每一粒尘埃都只有头发丝宽度的百分之一那么小。 无论是否结块，所有尘埃都以相同的速度移动，并且富含碳元素。
这幅 2023 年的沃尔夫-雷叶 140 图像是由詹姆斯-韦伯太空望远镜的中红外成像仪（MIRI）拍摄的，沃尔夫-雷叶 140 是一个由中心两颗大质量恒星喷射出的尘埃壳系统。 图中显示了比例尺、罗盘箭头和供参考的色键。 资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Emma Lieb（丹佛大学）、Ryan Lau（美国国家科学基金会 NOIRLab）、Jennifer Hoffman（丹佛大学）
这些恒星在用尘埃"喷洒"完周围的环境之后，经过几百万年或几十亿年会发生什么变化呢？ 这个星系中的沃尔夫-雷叶恒星的质量是太阳的 10 倍，它的生命即将结束。 在最后的"行动"中，这颗恒星要么会以超新星的形式爆炸--可能会炸掉部分或全部尘埃壳--要么会坍缩成黑洞，从而使尘埃壳完好无损。
虽然没人能准确预测会发生什么，但研究人员还是倾向于黑洞的情况。"天文学的一个主要问题是，宇宙中所有的尘埃从何而来？ "刘说。"如果像这样富含碳的尘埃能够存活下来，它可以帮助我们开始回答这个问题。"
霍夫曼补充说："我们知道，碳是形成像我们这样的岩石行星和太阳系的必要条件。令人兴奋的是，我们可以一窥双星系统是如何不仅创造出富碳尘埃，而且还将其推进到我们的银河系附近的。"
这些结果发表在Astrophysical Journal Letters上，并在马里兰州国家港举行的美国天文学会第245次会议的新闻发布会上做了介绍。
编译自/ScitechDaily