Lenyűgöző kozmikus látvány tárul elénk a NASA James Webb űrteleszkópjának egyik új felvételén: legalább 17 koncentrikus porgyűrű rajzolódik ki egy csillagpáros körül. A tőlünk mintegy 5000 fényév távolságban található párost Wolf-Rayet 140 néven tartják számon.

Ryan Lau csillagász és a felfedezésről készített tanulmány vezető szerzőjének elmondása szerint, amikor először meglátta a porképző kettőscsillagról készített, közép-infravörös tartományú (MIRI – Mid-Infrared Instrument) megfigyelést, eléggé megzavarodott. Furcsa diffrakciós mintázatot látott és amiatt aggódott, hogy a csillagok extrém fényessége okozhatott ilyen vizuális hatást a képen. A végleges adatokat letöltve viszont már egyértelmű volt, hogy nem diffrakciós mintázatot látnak, hanem a WR 140 rendszert körülölelő porgyűrűket – legalább 17 darabot.

A Wolf-Rayet 140 csillagkettős körül látható porgyűrűk. Mikor a csillagok közel érnek egymáshoz, a belőlük kiáramló csillagszél ütközése nyomán alakulnak ki a fák évgyűrűire hasonlító mintázatok. (Forrás: NASA/ESA/CSA/STScl/JPL-Caltech)

Habár a fényképen gyűrűknek látszanak, a valós háromdimenziós geometria inkább héjakként írható le. Mikor a csillagok elérik pályáik azon pontját, ahol legközelebb vannak egymáshoz, a belőlük kiáramló csillagszelek kölcsönhatásba lépnek. A héjak szabályos elrendezéséből arra lehet következtetni, hogy a porképző események óraműpontossággal követik egymást, minden nyolcéves keringés alatt egyszer. A képen 17 héjat számlálhatunk, ami több, mint 130 évnyi porképződés nyomait őrzi. Az értelmezést Yinuo Han geometriai pormodelljével összevetve a modell és a fényképen látottak szinte tökéletesen megegyeznek.

Az egyik legnagyobb meglepetés az volt, hogy milyen sok héjat detektált az űrtávcső. A kettőscsillagtól legtávolabbi gyűrű a Föld – Nap átlagos távolság több mint 70 000-szeresére távolodott már el körülbelül 10 millió km/óra sebességgel. A csillagokból kibocsátott anyag a környezetüket gazdagítja, a spektroszkópiai mérések alapján policiklikus aromás szénhidrogénekkel. Ezek a széntartalmú anyagok fontos szerepet töltenek be a csillagközi anyagban és a csillagok, bolygók keletkezésében; az eredetük viszont régóta kérdéses volt. A James Webb űrteleszkóp MRS (Medium-Resolution Spectroscopy) és MIRI adatainak köszönhetően mérési bizonyítékot szereztünk arra, hogy a WR kettősök fontos forrásai a szénben gazdag vegyületeknek.

A két csillag keringését és a héjak keletkezését bemutató animáció. Forrás: NASA, ESA, CSA, STScl, JPL-Caltech

A Wolf-Rayet csillagok az O színképosztály tagjai, kezdeti tömegük legalább 25-szöröse a mi Napunkénak. A csillagfejlődési modellek szerint ez a rendkívül instabil fázis a szupernóva-robbanást megelőző utolsó állapota a nagytömegű csillagoknak. A WR csillagokból erős csillagszél lép ki, nagy mennyiségű gázt juttatva a környezetébe. A WR 140 rendszer tagjai valószínűleg eredeti tömegüknek már több mint felét lefújhatták magukról.

A gázból porrá alakulás kicsit ahhoz hasonlítható, ahogyan lisztből kenyeret sütünk: adott körülményekre és hozzávalókra van szükség. A csillagokban található leggyakoribb elem, a hidrogén, nem tud magában port képezni. A WR csillagok viszont olyan sok tömeget fújnak le magukról, hogy a csillag belsőbb részeiben található komplex elemeket is levetik, többek között szenet. A csillagszélben szálló nehéz elemek lehűlnek az űrben, utána pedig a két csillagszél találkozásánál összenyomódnak.

A Napunk (bal felső sarok) mérete a WR 140 rendszer tagjaihoz képest. Az O típusú csillag tömege körülbelül 30 naptömeg, míg kísérőjének tömege nagyjából 10 naptömeg. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

Némelyik más WR rendszerben is képződik por, de a WR 140 az első felfedezett csillagkettős, amiben ilyen látványos gyűrűk alakultak ki. A különleges héjak létrejöttét annak köszönhetjük, hogy a WR 140 tagjai elnyúlt (nem körkörös) pályán keringenek, így csak akkor alakul ki kellő nyomás a porképzéshez, mikor a legközelebb érnek egymáshoz (nagyjából 1 Föld-Nap távolságra) és a csillagszelek ütköznek. A körkörös pályán keringő WR kettős rendszerekben folyamatos a porképződés.

Habár a becslések szerint legalább néhány ezer Wolf-Rayet csillagnak kellene lennie a galaxisunkban, eddig mindösszesen körülbelül 600-nak akadtak a nyomára. Patrick Morris asztrofizikus kutató szerint habár a WR csillagok relatíve rövid életűek, elképzelhető, hogy rengeteg port juttattak a galaxisunkba mielőtt felrobbantak és/vagy fekete lyukká omlottak össze. A James Webb űrteleszkóppal remélhetőleg még sokat tanulunk ezekről a különleges csillagokról és arról, hogyan alakítják a csillagközi teret és járulnak hozzá új csillagok születéséhez.

Forrás: NASA, NASA JPL