詹姆斯·韋伯望遠鏡：直擊太空中疾馳的塵殼

我們所知的生命基於碳化學，而現在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡可能已經展示了大部分碳的起源。這一發現得益於從一對大質量恆星向外膨脹的碳塵殼。

所討論的系統被稱爲 WR 140，包含兩顆最終都會變成超新星的大質量恆星。它位於天鵝座，與我們相距約 5000 光年，其中一顆恆星是巨大的O 型巨獸——這是最熱、最亮的一種恆星，具有強大的輻射風。它的夥伴是一顆沃爾夫-拉葉（WR）星。這類恆星也很大質量，但在其生命末期，由於內部不穩定，它們變得動盪不安，導致它們匆忙地以爆發和洪流的形式拋掉質量，最終露出其演化後的內部。

這兩顆恆星彼此的軌道並非完全圓形。它們的軌道是拉長的，每 7.9 年使它們彼此靠近然後遠離。在它們最接近的點，稱爲近星點，兩顆恆星彼此相距僅 1.3天文單位（AU）。這相當於 1.208 億英里（1.945 億公里），只比地球與太陽之間的距離稍遠一點。

在近星點前後的幾個月裡，從沃爾夫-拉葉星抖落的物質流撞擊到 O 型星發出的強烈輻射風中。在這場激烈碰撞的漩渦中，兩顆恆星風中的粒子相互碰撞、壓縮成團塊，最終冷卻，從而形成了只有百萬分之一米大小的富含碳的塵埃。這些塵埃在兩顆大質量恆星周圍產生一個環或殼，然後開始向外漂移。八年後，在下一個近星點，會形成一個新的環——如此循環往復。

此前，在可見光和紅外光中，僅能看到此事件的最內層幾圈。然而現在，多虧了其中紅外儀器（MIRI），詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）在 WR 140 系統周圍拍攝到了 17 個呈塊狀的同心環狀殼層，它們正在向太空膨脹。這些團塊，其中一些有我們整個太陽系那麼大，是塵埃產生最多的地方。

膨脹的殼層速度也不慢。它們以每秒 1600 英里（約合每秒 2600 公里）的速度從雙星系統飛離。這幾乎是光速的 1%（準確地說是 0.87%）。

“這臺望遠鏡……顯示出塵埃殼層以恆定速度向外移動，在極短時間內便有顯著變化，”領導這項新研究的科羅拉多州丹佛大學博士生艾瑪·利布在一份聲明中說。

“我們習慣於認爲太空中的事件發生得很慢，歷經數百萬年或數十億年，”丹佛大學的天文學教授詹妮弗·霍夫曼在同一份聲明中說道。“在這個系統中，天文臺顯示，塵埃殼每年都在膨脹。”

最古老的可見殼已有 130 年曆史，但在 WR 140 的沃爾夫 - 拉葉階段，這兩顆恆星之間的這種近距離相遇已持續了數十萬年。

更古老的環要麼太過微弱，即使是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡也無法看到，要麼已經消散於太空中。預計在接下來的幾十萬年中，該系統還會形成數萬個殼。

然後——砰。

目前這顆沃爾夫-拉葉星的質量是我們太陽的 10 倍，雖然它在不斷地損失質量，但它的質量不會減少到足以避免以超新星的形式爆發（下限是 8 個太陽質量）。那麼，富含碳的塵埃殼會發生什麼呢？

存在兩種可能性。其一，超新星衝擊波摧毀了部分或者全部的塵埃殼，另一種是倘若恆星的核心在自身引力作用下坍縮得這般徹底，以至於形成了一個黑洞，並迅速將恆星的其餘部分向內吸引，那麼超新星便不會引爆。在後一種情況下，就不會有超新星，富含碳的塵埃殼將能夠自由地膨脹到深空，並加入星際介質，下一代恆星和行星的原材料就來源於此。

“天文學中的一個主要問題是，所有的塵埃都來自哪裡？”亞利桑那州圖森市國家科學基金會 NOIRLab 的天文學家瑞安·劉在聲明中說。“如果像這樣富含碳的塵埃能夠存活下來，它可能會幫助我們開始回答這個問題。”

卡爾·薩根曾經生動地將我們描述爲“星塵”，從某種意義上說，我們是由恆星中誕生的元素組成的。如果詹姆斯·韋伯太空望遠鏡所拍攝到的富含碳的塵埃殼能夠在沃爾夫-拉葉星終結之時倖存下來，我們可能正在目睹形成生命的那種星塵的誕生。

“我們知道碳對於像我們這樣的岩石行星和太陽系的形成是必要的，”霍夫曼說。“能夠一窺雙星系統不僅怎樣創造出富含碳的塵埃，而且還將其推進到我們的星系鄰域，這實在令人興奮。”

新的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的圖像和發現於 1 月 13 日在美國天文學會的第 245 次會議上進行了展示，並已發表在《天體物理學雜誌快報》。