环状恒星的星光可以加速物质

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詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄下了这张沃尔夫·拉叶星140的图像。组成它的两颗恒星在绕彼此旋转时,它们的恒星风会发生有规律的碰撞。这些碰撞产生了尘埃继而组成了尘埃环。继续阅读来了解这颗环状恒星的更多相关内容吧。图片由NASA/ ESA/ CSA/ STScI/ JPL-Caltech提供。

环状恒星会把物质推入太空

詹姆斯·韦伯空间望远镜捕捉到了这张被称作沃尔夫·拉叶星140双星系统的图像,并在这颗恒星周围发现了奇特的同心环。奇怪的是,这些环像是一幅画着从老式高音扬声器发出的音波的卡通图画。一个科学家团队宣布他们的实验研究第一次证明了强烈的星光可以加速物质。

科学家们观察了位于WR140星的两颗超大质量恒星之间的强相互作用,并发现,这些强相互作用最终产生了一股巨大的尘埃流,为了捕捉到这尘埃流,科学家们可是用红外图像追踪了它们16年之久。随后他们把这项研究成果刊登在了同行评议期刊《自然》上。

同时,另一项补充研究也在《自然-天文学》上发表,基于近期韦伯望远镜的图像,科学家们观测到WR星不单单只有一缕尘埃流,而是至少17个同心环。

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沃尔夫·拉叶星140是什么

沃尔夫·拉叶星140是由一颗巨大的WR型星和一个更巨大的蓝超巨星组成。WR型星是一种非常巨大、明亮和古老的星星。同时,组成沃尔夫·拉叶星140的这两颗星星也受引力影响。它们以8年为一个周期,绕着彼此旋转。20年来,夏威夷的凯克望远镜一直在持续关注这个位于天鹅座的双星系统。

WR140中的两颗超大质量恒星之间的引力,将它们锁定在一个为期8年的轨道周期上。每当两颗恒星彼此靠近时,它们的恒星风就会相遇,压缩气体并形成尘埃羽状物,这些尘埃羽状物在恒星风中像气球一样膨胀,向远处延伸。如此一来,这个双星系统就像一个发条装置一样,当它的两颗星星围绕彼此旋转时,每隔8年就会产生一股尘埃,绵延数千个天文学单位(地日距离),形成一个尘埃环。天文学家们对它们进行了研究,来探索星光到底是如何对物质产生作用的。

这张图片显示了组成沃尔夫·拉叶星140的这两颗星星之间的相互作用。图片由NASA/ ESA/ Joseph Olmsted (STScI) 拍摄。

星光加速尘埃

在我们一般认知里,光是不会对物质施加力的,但其实,它确实可以。实际上,光具有动量,会对物质产生被称作辐射压的推力。以往天文学家们通常都在当物质在宇宙中高速运动时来见证这种现象,却很少能直接观察到光的加速度,这还是第一次在恒星环境中观察它。剑桥大学天文研究所的首席作者韩一诺说:想要观测到星光引起加速度的过程是很难的,因为这个力会随着距离的增加而减弱,而其他力很快就会取代它了。若要使这种加速度达到可观测的程度,那么物质需要距离恒星十分近,或者辐射压的来源需要很强。而WR140这个双星星系极强的辐射场增强了这些效应,从而使我们得到了高精度数据。

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WR星的恒星风比其他恒星上都要猛烈,在风中,碳元素会凝结成煤烟,并保持白热化,从而足够明亮来被红外望远镜所观测到。研究人员们利用干涉测量法,对这些尘埃环进行了更清晰的观察。

来自WR140的尘埃并不是从恒星中流出,相反,它是在WR140的两颗星星的恒星风发生碰撞时形成的。尘埃位于两颗星星的锥形激波前缘。当两颗星星绕轨道运转时,激波前缘也随之旋转。这就导致尘埃旋扭曲成螺旋状,就像水从花园灌溉喷水器中喷洒而出一样。

由于这两颗星星的轨道是椭圆的,因此尘埃会随着两颗星的靠近和远离而流出或停止流出。科学家们在三维空间中模拟出了尘埃的位置。研究报告的合著者—悉尼大学的彼得·塔希尔教授说,就像发条一样,WR140每8年就会喷出固定形状的烟环,像是写满了这美妙的物理现象的横幅,在风中伸展开来,供我们阅读。8年后当这个双星系统返回轨道时,一个新的烟环又开始流出了,而且跟上一个一样,就像俄罗斯套娃那样。

观测来自环状恒星的推动力

这种现象的精确时间和广阔范围的结合为天文学家提供了一个独特的机会来研究加速带。韩一诺说:当缺乏外力时,每一粒尘埃都会以匀速旋转。我们一开始很困惑,因为我们所观察到的与我们的模型不符,直到我们最终意识到我们正在看一些全新的东西。我们首次在相机上捕捉到了这点。

塔希尔说:从某个角度来说,我们其实一直都知道这一定是尘埃外流的原因,但是我们从没有想过能直接观测到这样的物理效应。从这些数据中,我们看到WR140的尘埃羽状物缓缓展开,像一张由尘埃组成的巨大的帆。当它捕捉到来自恒星的光子风的时候,就像是捕捉到了一阵强风的帆船一样,突然向前猛冲。

韦伯望远镜的观察

美国国家科学基金会国家光学红外天文研究实验室的劳拉·莱恩领导了这项基于韦伯望远镜观测数据的研究。劳拉说,韦伯望远镜提供了极度的稳定性和灵敏性,这为我们研究WR物理学打开了一扇新的窗户。韦伯的中红外仪提供了目前为止最有力的证据,证明WR星可以制造并保存富含碳的尘埃分子,然后用来组成新的恒星和行星。我们的太阳就可能也是一颗受益于WR星才形成的恒星。

结语:WR140是一个独特的双星环状恒星,当它的两颗星星围绕彼此旋转时,会产生强光从而产生尘埃环。

BY:Kelly Kizer Whittand

FY:绘风山

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