Oogverblindende nieuwe JWST-afbeelding toont stoffige sterrenspiralen

Een van de meer poëtische aspecten van het universum is dat angstaanjagend krachtige en woedende krachten objecten van sierlijke symmetrie en schoonheid kunnen vormen.

En als een toegevoegde bonus kunnen dergelijke krachten ook een handje helpen in ons eigen bestaan.

WR 140 is een dubbelstersysteem, dat wil zeggen twee sterren die om elkaar heen draaien, op zo’n 5400 lichtjaar van de aarde. Beide sterren zijn absolute beesten die felle hoeveelheden licht uitstralen, maar over die astronomische afstand wordt hun schittering verminderd tot onzichtbaarheid met het blote oog.

De James Webb Space Telescope (JWST) heeft echter een veel scherper gezichtsvermogen dan wij gewone mensen, en hij tuurt naar de kosmos in infrarode golflengten die veel verder gaan dan wat onze ogen kunnen zien. Astronomen wezen JWST onlangs op de tweelingsterren in WR 140, en wat het zag was absoluut spectaculair.

Astronomen hebben zich lang afgevraagd of zich kosmisch stofkorrels kunnen vormen in en ontsnappen uit de harde binnengebieden van gewelddadige sterrenstelsels. Deze JWST-waarnemingen van WR 140 laten zien dat het antwoord is: ja. Deze hele structuur heeft een diameter van ten minste twee lichtjaar (of 20 biljoen kilometer) – en waarschijnlijk zelfs meer, aangezien er waarschijnlijk verder weg zwakkere armen zijn die buiten het bereik van deze JWST-waarnemingen liggen. Rekening houdend met de zichtbare armen, is deze structuur rond WR 140 de grootste in zijn soort die ooit is gezien, vier keer de breedte van de volgende grotere bekende.

De kabbelende spiraal lijkt bijna op een defect in de telescoop zelf, een vreemd optisch fenomeen dat de waarnemingen beïnvloedt. Maar het is heel echt, en de realiteit logenstraft zijn ragfijne uiterlijk: zoals beschreven in een artikel dat zojuist in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurastronomie, Deze in het oog springende constructie komt voort uit de botsing van immense krachten die enorme hoeveelheden materie de ruimte in werpen met verpletterende snelheden, aangedreven door sterren die onze eigen zon eruit laten zien als een zaklamp met stervende batterijen.

En je kunt er je horloge op instellen. Of in ieder geval je agenda.

Elke ster in het binaire systeem WR 140 is veel massiever dan de zon. De ene bevindt zich in het bovenste bereik van wat een ’normale‘ ster kan worden genoemd – dat wil zeggen, een die schijnt door waterstof in de kern te fuseren tot helium, net zoals onze eigen ster dat doet. Met 30 keer de massa van de zon is het een monster, en monsterlijk lichtgevend, die energie uitstraalt met een snelheid a miljoen keer die van onze zon. Vervang de zon door deze ster in het centrum van ons zonnestelsel en de aarde zou gaar worden.

De andere component van WR 140 geeft het binaire systeem een ​​deel van zijn naam; het is in een speciale klasse van sterren genaamd Wolf-Rayet (WR). Het begon waarschijnlijk zijn leven met 20 of meer zonsmassa’s, maar raakte uiteindelijk geen bruikbare waterstof meer in zijn kern en is nu in plaats daarvan woedend helium aan het versmelten tot koolstof. Door helium samen te smelten in plaats van waterstof komt veel meer energie vrij, wat het delicate evenwicht van de ster verstoort, tussen zijn zwaartekracht die hem probeert in te storten en zijn helse hitte die hem probeert te laten exploderen. Dit zorgt ervoor dat het materiaal met een werkelijk fantastische snelheid de ruimte in blaast. De resulterende winderige maalstroom heeft de helft van de oorspronkelijke massa van de ster weggevoerd – we hebben het over zoiets als: 20 octiljoen ton hier, een bijna onpeilbare hoeveelheid – de ster achterlatend met alleen („enkel en alleen“) 10 keer de massa van de zon. Het is ongeveer half zo licht als zijn metgezel, waardoor het nog steeds een krachtpatser op het gebied van straling is.

In feite stoot de andere ster ook een wind van deeltjes uit, zij het in een aanzienlijk lagere snelheid dan zijn Wolf-Rayet-metgezel. Deze twee winden botsen tegen elkaar terwijl ze uitdijen van hun respectievelijke sterren, en het is deze kosmische botsing die het spiraalpatroon in de JWST-afbeelding creëert.

Onderzoekers hebben dit soort structuur eerder gezien – in WR 104 en Apep, beide meervoudige sterrenstelsels met een Wolf-Rayet-component. Maar WR 140 is anders omdat zijn twee sterren zich in een zeer langgerekte elliptische baan bevinden. Hun scheiding varieert van ongeveer 4 miljard kilometer tot slechts 200 miljoen kilometer van elkaar – ongeveer de afstand van respectievelijk Neptunus en Mars tot de zon.

Wanneer ze het verst van elkaar verwijderd zijn, zetten hun winden relatief vrij uit, maar om de 7,93 jaar komen ze zo dicht bij elkaar in hun baan dat de wind sterk begint te interageren. Let wel, deze winden waaien naar negen miljoen kilometer per uur. Hun botsing met die snelheden genereert krachtige schokgolven, die een beetje werken als een hamer die het materiaal erin beukt.

Waarnemers die WR 140 met telescopen op de grond bestudeerden, hadden al aangetoond dat de wind van de Wolf-Rayet-ster zwaar doorweven is met koolstof die uit de stellaire kern is opgebaggerd. Wanneer de botsingsschokgolf over die koolstof strijkt, herschikken de atomen zichzelf in gecompliceerde moleculen die polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) worden genoemd. Astronomen noemen dit materiaal in het algemeen stof.

De uitzetting van de wind plus de baanbeweging van de sterren maakt hun interactie geometrisch complex. Met behulp van computermodellen om de fysica van de situatie te simuleren, hebben de astronomen in het nieuwe werk in opmerkelijk detail de structuren gereproduceerd die te zien zijn in de JWST-afbeelding.

Een computersimulatie modelleert de fysica achter het WR 140-systeem om te laten zien hoe de botsende winden van de twee sterren een zwaaiende arm van stof vormen die zich van het systeem verwijdert, en de beelden van JWST vrij goed repliceert.
Een computersimulatie modelleert de fysica achter het WR 140-systeem om te laten zien hoe de botsende winden van de twee sterren een zwaaiende arm van stof vormen die zich van het systeem verwijdert, en de beelden van JWST vrij goed repliceert. Krediet: Han et al. 2022

Wat ze ontdekten is dat de botsing het meeste stof maakt net voor en na de dichtste nadering van de sterren tot elkaar, maar niet gedurende dichtste benadering, wanneer de cumulatieve effecten van sterrenwinden en straling de stofvorming overheersen. Dit leidt tot twee pulsen van stofvorming en -uitstoot, die we zien als lange wimpels die wegvliegen van het contactpunt, net als zandpluimen die van een scherp draaiende dumptruck worden geslingerd.

Bovendien herhaalt dit proces zich als een uurwerk elke baan, waarbij elke keer dubbele sprays van uitzettend materiaal worden gegenereerd wanneer de sterren elkaar naderen. Elke set sprays heeft bijna acht jaar om met hoge snelheid weg te vliegen, ruim 600 miljoen kilometer voortbewegend voordat een andere set tevoorschijn komt, waardoor een golvend patroon van stoffige armen en ijle gaten ontstaat. Kort na zijn ontstaan ​​is dit stof warm, waardoor het zichtbaar is voor de infraroodinstrumenten van JWST, die de thermische gloed van zijn warmte zien. Maar naarmate de armen uitzetten, koelen ze af en vervagen ze, daarom zien de buitenste armen er vager uit. Nadere inspectie onthult 17 van dergelijke spiraalarmen in het JWST-beeld, met onvolledige bogen die oudere, koudere en verder weg gelegen ejecta markeren.

De breedte van de herhaalde spiraalpatronen – die praktisch bovenop de sterren beginnen en zich zo ver van de sterren uitstrekken – geeft aan dat dit stof in de buurt van de sterren wordt gecreëerd en vervolgens naar de diepten van de interstellaire ruimte reist, iets waarvan astronomen niet zeker wisten dat het zou kunnen voorkomen in zo’n systeem. En dat betekent dat soortgelijke dubbelsterren een groot deel van het stof kunnen uitmaken dat we in onze melkweg zien.

Veel van dat stof bevindt zich in enorme gaswolken die uiteindelijk kunnen instorten om enorme aantallen sterren te creëren. Deze stervormende fabrieken bevinden zich overal in de Melkweg, waardoor het waarschijnlijk is dat de zon er ook in is geboren. Sommige eerdere onderzoeken suggereren zelfs dat de wind van een nabijgelegen Wolf-Rayet-ster de ineenstorting van zo’n wolk kan veroorzaken, en mogelijk ook in het geval van de zon.

De brute woede van een systeem als de WR 140 valt niet te ontkennen, van de ongelooflijke helderheid van de sterren tot de kosmische tsunami van stoffige winden die ze wegblazen. Maar er is orde in die chaos: de wetten van de fysica vormen een enorm en lieflijk patroon, een gloeiend vuurrad dat we kunnen zien over de interstellaire afgrond die mogelijk verband houdt met onze eigen kosmische oorsprong.

Dat stof zal zich vermengen met ouder materiaal dat in de ruimte zweeft, en kan op een dag leiden tot en deel uitmaken van de schepping van nieuwe sterren, waarvan sommige heel goed het patroon opnieuw kunnen beginnen.

Poëzie inderdaad.

Dit is een opinie- en analyseartikel en de standpunten van de auteur of auteurs zijn niet noodzakelijk die van Wetenschappelijke Amerikaan.

.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert