Εκθαμβωτική νέα εικόνα JWST δείχνει Dusty Stellar Spirals
Μία από τις πιο ποιητικές πτυχές του σύμπαντος είναι ότι τρομακτικά ισχυρές και μαινόμενες δυνάμεις μπορούν να σμιλεύσουν αντικείμενα χαριτωμένης συμμετρίας και ομορφιάς.
Και, ως πρόσθετο πλεονέκτημα, τέτοιες δυνάμεις μπορεί επίσης να βοηθήσουν στην ύπαρξή μας.
Το WR 140 είναι ένα δυαδικό αστρικό σύστημα, δηλαδή δύο αστέρια που περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο, περίπου 5.400 έτη φωτός από τη Γη. Και τα δύο αστέρια είναι απόλυτα θηρία, που εκτοξεύουν άγριες ποσότητες φωτός, αλλά σε αυτή την αστρονομική απόσταση η λαμπρότητά τους μειώνεται σε αόρατο με γυμνό μάτι.
Ωστόσο, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έχει πολύ πιο έντονη όραση από ό,τι εμείς οι απλοί άνθρωποι, συν το ότι κοιτάζει τον κόσμο σε υπέρυθρα μήκη κύματος πολύ πέρα από αυτό που μπορούν να δουν τα μάτια μας. Οι αστρονόμοι έστρεψαν πρόσφατα το JWST στα δίδυμα αστέρια στο WR 140 και αυτό που αντίκρισε ήταν απολύτως θεαματικό.
Οι αστρονόμοι έχουν από καιρό αναρωτηθεί εάν μπορούν να σχηματιστούν κόκκοι κοσμικής σκόνης και να ξεφύγουν από τις σκληρές εσωτερικές περιοχές των βίαιων αστρικών συστημάτων. Αυτές οι παρατηρήσεις του JWST του WR 140 αποκαλύπτουν ότι η απάντηση είναι ναι . Ολόκληρη αυτή η δομή έχει διάμετρο τουλάχιστον δύο έτη φωτός (ή 20 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα) — και πιθανώς ακόμη περισσότερο, καθώς υπάρχουν πιθανώς αμυδρότεροι βραχίονες μακρύτερα που βρίσκονται πέρα από αυτές τις παρατηρήσεις του JWST. Λαμβάνοντας υπόψη μόνο τους ορατούς βραχίονες, αυτή η δομή που περιβάλλει το WR 140 είναι η μεγαλύτερη στο είδος της που έχει δει ποτέ, τέσσερις φορές το πλάτος από την επόμενη μεγαλύτερη γνωστή.
Η κυματισμένη σπείρα μοιάζει σχεδόν με ένα ελάττωμα στο ίδιο το τηλεσκόπιο, κάποιο περίεργο οπτικό φαινόμενο που επηρεάζει τις παρατηρήσεις. Αλλά είναι πολύ αληθινό, και η πραγματικότητά του διαψεύδει την εμφάνισή του:Όπως περιγράφεται σε μια δημοσίευση που μόλις δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Astronomy , αυτό το εντυπωσιακό κατασκεύασμα αναδύεται από τη σύγκρουση τεράστιων δυνάμεων που εκτοξεύουν τεράστιες ποσότητες ύλης στο διάστημα με ταχύτητες που συνθλίβουν την ψυχή, τροφοδοτούμενη από αστέρια που κάνουν τον δικό μας ήλιο να μοιάζει με φακό με μπαταρίες που πεθαίνουν.
Και μπορείτε να ρυθμίσετε το ρολόι σας από αυτό. Ή τουλάχιστον το ημερολόγιό σας.
Κάθε αστέρι στο δυαδικό σύστημα WR 140 έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα από τον ήλιο. Το ένα βρίσκεται στο ανώτερο εύρος αυτού που μπορεί να ονομαστεί «κανονικό» αστέρι—δηλαδή, εκείνο που λάμπει συντήκοντας υδρογόνο σε ήλιο στον πυρήνα του, ακριβώς όπως κάνει το δικό μας αστέρι. Με 30 φορές τη μάζα του ήλιου είναι ένα τέρας και τερατώδες φωτεινό, ακτινοβολώντας ενέργεια με ρυθμό εκατομμύριο φορές αυτή του ήλιου μας. Αντικαταστήστε τον ήλιο με αυτό το αστέρι στο κέντρο του ηλιακού μας συστήματος και η Γη θα μαγειρευτεί.
Το άλλο στοιχείο του WR 140 δίνει στο δυαδικό σύστημα μέρος του ονόματός του. ανήκει σε μια ειδική κατηγορία αστεριών που ονομάζεται Wolf-Rayet (WR). Πιθανότατα ξεκίνησε τη ζωή του με 20 ή περισσότερες ηλιακές μάζες, αλλά τελικά τελείωσε το χρησιμοποιήσιμο υδρογόνο στον πυρήνα του και τώρα αντ' αυτού συγχωνεύει μανιωδώς ήλιο σε άνθρακα. Η σύντηξη ηλίου αντί του υδρογόνου απελευθερώνει πολύ περισσότερη ενέργεια, η οποία διαταράσσει τη λεπτή ισορροπία του άστρου, μεταξύ της βαρύτητας του που προσπαθεί να το καταρρεύσει και της κολασμένης θερμότητάς του που προσπαθεί να το κάνει να εκραγεί. Αυτό το κάνει να εκτοξεύει υλικό στο διάστημα με πραγματικά φανταστικό ρυθμό. Η προκύπτουσα θυελλώδης δίνη έχει αφαιρέσει πλήρως τη μισή αρχική μάζα του άστρου—μιλάμε για κάτι σαν 20 οκτιλ. τόνους εδώ, ένα σχεδόν ανεξιχνίαστο ποσό — αφήνοντας το αστέρι μόνο με ("μόνο" ) 10 φορές ο όγκος του ήλιου. Είναι περίπου κατά το ήμισυ τόσο φωτεινό από το σύντροφό του, γεγονός που το καθιστά ακόμα μια δύναμη ακτινοβολίας.
Στην πραγματικότητα, το άλλο αστέρι διώχνει επίσης έναν άνεμο σωματιδίων, αν και με πολύ χαμηλότερο ρυθμό από τον σύντροφό του Wolf-Rayet. Αυτοί οι δύο άνεμοι προσκρούουν ο ένας στον άλλο καθώς επεκτείνονται μακριά από τα αντίστοιχα αστέρια τους και αυτή η κοσμική σύγκρουση είναι που δημιουργεί το σπειροειδές μοτίβο στην εικόνα του JWST.
Οι ερευνητές έχουν κατασκοπεύσει αυτού του είδους τη δομή στο παρελθόν - στο WR 104 και στο Apep, τα οποία είναι και τα δύο συστήματα πολλαπλών αστέρων με συστατικό Wolf-Rayet. Αλλά το WR 140 είναι διαφορετικό επειδή τα δύο αστέρια του βρίσκονται σε μια εξαιρετικά επιμήκη ελλειπτική τροχιά. Ο διαχωρισμός τους κυμαίνεται από περίπου 4 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα έως μόλις 200 εκατομμύρια χιλιόμετρα μεταξύ τους—περίπου την απόσταση του Ποσειδώνα και του Άρη από τον ήλιο, αντίστοιχα.
Όταν βρίσκονται στο πιο απομακρυσμένο σημείο ο ένας από τον άλλο, οι άνεμοι τους επεκτείνονται σχετικά ελεύθερα, αλλά κάθε 7,93 χρόνια έρχονται τόσο κοντά στην τροχιά τους που οι άνεμοι αρχίζουν να αλληλεπιδρούν έντονα. Έχετε υπόψη σας, αυτοί οι άνεμοι φυσούν με εννέα εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα . Η σύγκρουσή τους σε αυτές τις ταχύτητες δημιουργεί ισχυρά κρουστικά κύματα, τα οποία λειτουργούν λίγο σαν σφυρί που χτυπά το υλικό μέσα.
Οι παρατηρητές που μελετούσαν το WR 140 με επίγεια τηλεσκόπια είχαν ήδη δείξει ότι ο άνεμος του άστρου Wolf-Rayet είναι σε μεγάλο βαθμό δεμένος με άνθρακα που εκτρέφεται από τον αστρικό πυρήνα. Όταν το κρουστικό κύμα σύγκρουσης σαρώσει αυτόν τον άνθρακα, τα άτομα αναδιατάσσονται σε πολύπλοκα μόρια που ονομάζονται πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAHs). Οι αστρονόμοι γενικά αποκαλούν αυτό το υλικό, σκόνη.
Η διαστολή των ανέμων συν την τροχιακή κίνηση των αστεριών κάνει την αλληλεπίδρασή τους γεωμετρικά πολύπλοκη. Χρησιμοποιώντας μοντέλα υπολογιστή για την προσομοίωση της φυσικής της κατάστασης, οι αστρονόμοι στο νέο έργο έχουν αναπαράγει με αξιοσημείωτη λεπτομέρεια τις δομές που φαίνονται στην εικόνα του JWST.
Αυτό που βρήκαν είναι ότι η σύγκρουση δημιουργεί το μεγαλύτερο μέρος της σκόνης λίγο πριν και μετά την κοντινότερη προσέγγιση των άστρων μεταξύ τους, αλλά όχι κατά τη διάρκεια πλησιέστερη προσέγγιση, όταν τα σωρευτικά αποτελέσματα των αστρικών ανέμων και της ακτινοβολίας υπερισχύουν του σχηματισμού σκόνης. Αυτό οδηγεί σε δύο παλμούς δημιουργίας και εκτόξευσης σκόνης, τους οποίους βλέπουμε καθώς οι μακριές σερπαντίνες πετάνε μακριά από το σημείο επαφής σαν λοφία άμμου που πετάνε από ένα ανατρεπόμενο φορτηγό που περιστρέφεται απότομα.
Επιπλέον, αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται σαν ρολόι κάθε τροχιά, κάθε φορά δημιουργώντας διπλούς ψεκασμούς διαστελλόμενου υλικού καθώς τα αστέρια πλησιάζουν το ένα το άλλο. Κάθε σετ ψεκασμού έχει σχεδόν οκτώ χρόνια για να πετάξει μακριά με μεγάλη ταχύτητα, κινούμενος πολύ πάνω από 600 εκατομμύρια χιλιόμετρα πριν εμφανιστεί ένα άλλο σετ, δημιουργώντας ένα κυματιστό μοτίβο από σκονισμένους βραχίονες και σπάνια κενά. Λίγο μετά τη δημιουργία της αυτή η σκόνη είναι ζεστή, καθιστώντας την ορατή στα υπέρυθρα όργανα του JWST, τα οποία βλέπουν τη θερμική λάμψη της θερμότητάς του. Αλλά καθώς οι βραχίονες διαστέλλονται, ψύχονται και ξεθωριάζουν, γι' αυτό και οι εξωτερικοί βραχίονες φαίνονται πιο θαμποί. Η προσεκτική επιθεώρηση αποκαλύπτει 17 τέτοιους σπειροειδείς βραχίονες στην εικόνα JWST, με ημιτελή τόξα που σημαδεύουν παλαιότερα, ψυχρότερα και πιο απομακρυσμένα εκτινάγματα.
Το εύρος των επαναλαμβανόμενων σπειροειδών μοτίβων -που ξεκινούν σχεδόν πάνω από τα αστέρια και εκτείνονται τόσο μακριά από αυτά- υποδηλώνει ότι αυτή η σκόνη δημιουργείται κοντά στα αστέρια και στη συνέχεια ταξιδεύει στα βάθη του διαστρικού χώρου, κάτι που οι αστρονόμοι δεν ήταν σίγουροι ότι θα μπορούσε να συμβεί σε ένα τέτοιο σύστημα. Και αυτό σημαίνει ότι παρόμοια δυαδικά αστέρια μπορούν να ευθύνονται για ένα μεγάλο μέρος της σκόνης που βλέπουμε στον γαλαξία μας.
Μεγάλο μέρος αυτής της σκόνης βρίσκεται σε τεράστια σύννεφα αερίου που μπορούν τελικά να καταρρεύσουν για να δημιουργήσουν τεράστιους αριθμούς αστεριών. Αυτά τα εργοστάσια σχηματισμού άστρων βρίσκονται σε όλο τον Γαλαξία μας, γεγονός που καθιστά πιθανό ότι ο ήλιος γεννήθηκε επίσης σε ένα. Στην πραγματικότητα, κάποιες προηγούμενες έρευνες δείχνουν ότι οι άνεμοι από ένα κοντινό αστέρι Wolf-Rayet μπορούν πραγματικά να πυροδοτήσουν την κατάρρευση ενός τέτοιου σύννεφου και μπορεί να το έκαναν στην περίπτωση του ήλιου.
Η βάναυση μανία ενός συστήματος όπως το WR 140 είναι αναμφισβήτητη, από την απίστευτη φωτεινότητα των αστεριών του μέχρι το κοσμικό τσουνάμι των σκονισμένων ανέμων που εκτοξεύουν. Αλλά υπάρχει τάξη σε αυτό το χάος:οι νόμοι της φυσικής σμιλεύουν ένα μοτίβο τεράστιο και υπέροχο, έναν λαμπερό τροχό που μπορούμε να δούμε στη διαστρική άβυσσο που μπορεί να έχει σχέση με τη δική μας κοσμική προέλευση.
Αυτή η σκόνη θα αναμειχθεί με παλαιότερο υλικό που επιπλέει στο διάστημα και μπορεί μια μέρα να προκαλέσει και να αποτελέσει μέρος της δημιουργίας νέων αστεριών, μερικά από τα οποία μπορεί κάλλιστα να ξεκινήσουν ξανά το μοτίβο.
Ποίηση πράγματι.
Αυτό είναι ένα άρθρο γνώμης και ανάλυσης και οι απόψεις που εκφράζονται από τον συγγραφέα ή τους συγγραφείς δεν είναι απαραίτητα αυτές του Scientific American.
