С момента своего запуска инфракрасный космический телескоп обеспечивает нас постоянным потоком захватывающих дух изображений. На этот раз его объектом стала звезда, расположенная на расстоянии около 5600 световых лет в созвездии Лебедь, под названием WR 140. Нет, это не оптический дефект инструмента: оказывается, эта звезда окружена серией концентрических сфер, которые телескоп смог запечатлеть в мельчайших подробностях.
На самом деле эта звезда является столкнувшимся бинарным ветром, что означает систему из двух массивных звезд, от которых исходят мощные звездные ветры (движущиеся со скоростью почти 3000 км/с). Она состоит из звезды Вольфа-Райета (около 20 солнечных масс) типа WC7, вращающейся вокруг массивной горячей звезды (около 50 солнечных масс) спектрального класса O4-5 - оба эти типа звезд чрезвычайно редки.
Звезды Вольфа-Райета — это очень горячие звезды с массой в несколько десятков солнечных масс. В большинстве случаев они уже не находятся на главной последовательности, так как израсходовали почти весь водород в своих ядрах. Их внешние слои богаты кислородом, азотом, кремнием и углеродом. Они теряют массу с очень высокой скоростью, в виде чрезвычайно быстрых звездных ветров. Звезды О-типа также очень горячие, очень яркие и имеют голубой цвет. Они являются одними из самых массивных звезд, и поэтому имеют относительно короткое время жизни.
Результат взаимодействия двух массивных звезд
Две звезды в системе WR 140 имеют очень быстрые звездные ветры, дующие со скоростью около 3000 километров в секунду. В результате они обе теряют массу с довольно быстрой скоростью, порядка 10-5 (для звезды Вольфа-Райета) и 10-6 (для звезды О) солнечных масс в год. Каждая из них движется по эллиптической орбите и поэтому периодически (каждые 8 лет или около того) оказывается достаточно близко друг к другу (точка называется периастрон), достаточно близко — на расстоянии 1,3 а.е., что примерно на треть больше, чем расстояние Земли от Солнца, — чтобы их ветры могли столкнуться.
В этот момент формируется мощный фронт ударной волны, из которого может исходить несколько видов излучения (в основном рентгеновское и радио). WR 140 - один из самых ярких некомпактных звездных рентгеновских источников. Кроме того, это явление приводит к точным периодическим извержениям пыли, которая со временем распространяется в пространстве в последовательных слоях вокруг бинара.
Процесс можно увидеть на видео ниже. Самые сильные ветры от звезды Вольфа-Райета дуют позади звезды O, и в ее следе образуется пыль, поскольку смешанный звездный материал остывает. Процесс периодически повторяется, и пыль постепенно приобретает форму характерной ветряной мельницы.
Пыль (состоящая в основном из углерода) конденсируется в звездном ветре, поглощая небольшую часть ультрафиолетового излучения звезд. Это излучение нагревает пыль до температуры около 1000 К, заставляя ее излучать в инфракрасном диапазоне длин волн, который уменьшается по мере удаления от звезд. Эти слои пыли светятся в инфракрасном диапазоне, и Mid-InfraRed Instrument (MIRI) Уэбба смог запечатлеть все детали.
Новая оболочка пыли образуется каждые восемь лет
Звездный ветер выдувает пыль из бинарной системы наружу, заставляя отдельные слои пыли расширяться. Они расширяются и охлаждаются по мере удаления, теряя тепло и плотность. На снимке, сделанном "Джеймсом Уэббом", помимо дифракционных пиков прибора (прямые линии, идущие от центра), более заметны края каждого слоя пыли — перспектива приводит к большей плотности материала на краях.
Как упоминалось выше, две звезды достигают своего периастрона примерно каждые 8 лет (7,9 ± 0,2 года, если быть точным). Поэтому новая пылевая "оболочка" формируется каждые 8 лет (последний периастрон наблюдался в 2016 году). Подобно кольцам дерева, количество которых позволяет определить его возраст, для оценки возраста последней видимой оболочки достаточно подсчитать пылевые оболочки, составляющие туманность системы WR 140. На снимке видно около 20 из них, что означает, что мы наблюдаем около 160 лет пыли, порожденной системой.
Наблюдение WR 140 по программе "Джеймс Уэбб" было заказано командой под руководством астрофизика Райана Лау из Института космических и астронавтических наук Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). Снимки были обработаны двумя независимыми учеными, Мелиной Тевено и Джуди Шмидт — последняя отвечает за несколько других снимков Уэбба, включая недавние снимки Юпитера. Статья о WR 140 находится в стадии подготовки, так что скоро мы узнаем больше об особенностях этого нового наблюдения.
