Космічному телескопу NASA імені Джеймса Вебба вдалося зробити знімок зоряного дуету Вольфа-Райє 140 та 17 пилових кілець, що їх оточують, і результат просто приголомшливий.

Система, відома як WR 140, складається з двох масивних зірок. Одна з них є зіркою О-типу, найбільшим і найгарячішим класом зірок, про які ми знаємо. Друга називається Вольф-Райє, клас масивних зірок, які настільки енергійні, що викидають більшу частину свого водню і часто скидають в навколишнє середовище важчі елементи, такі як вуглець або азот. Ці два гіганти обертаються по орбіті досить близько один до одного, щоб зробити один оберт менш ніж за вісім років, хоча орбіта досить ексцентрична.

Через свою високоенергетичну природу обидві ці зірки мають потужні зоряні вітри, які викидають багато речовини в навколишній простір. А в місцях, де їхні вітри взаємодіють, тиск може стати достатньо високим, щоб вітри конденсувалися в частинки пилу. Завдяки орбітальній динаміці це призводить до часткової кільцеподібної структури, причому більша частина конденсації відбувається з одного боку бінарної системи. Спостереження за допомогою наземних телескопів виявили одне або два кільця, що простягаються на відстань, яка приблизно в 5000 разів перевищує відстань Земля-Сонце (так звану астрономічну одиницю, або а.о.).

Ці структури виглядали достатньо цікавими, щоб WR140 стала мішенню для наукової програми Вебба «Дискреційне дострокове вивільнення», яка була розроблена директором Вебба. І зображення дійсно виняткові, вони показують серію до 17 кілець, які простягаються приблизно на світловий рік від подвійних зірок. Ймовірно, існують додаткові кільця, які простягаються ще далі, але вони занадто слабкі, щоб їх виявити.

Кільця не зовсім рівні, і в деяких областях вони товщі, ніж в інших. Ці відмінності накладаються на дифракційні піки, спричинені формою дзеркал Вебба та деяким пов’язаним з ними обладнанням. Але дифракційні піки впливають на всі довжини хвиль, в той час, як особливості кілець набагато яскравіші при нижчих інфрачервоних енергіях, що дозволяє їх розрізнити.

Теоретично, деталі кілець, включаючи їх асиметрію, контролюються орбітальними взаємодіями двох зірок. Тому дослідницька група побудувала модель, яка включає орбітальні деталі та вітри, що створюються двома зірками. Збіг між результатами моделі й тим, що насправді видно в HR 140, приголомшливо хороший, в тому сенсі, що вона точно передбачає багато тонких деталей кільцевої системи. Це говорить про те, що ми добре розуміємо фізичні сили, які створюють цю систему, включаючи фактори, які створюють більше пилу в деяких точках орбіти, ніж в інших.

Якщо припустити, що на кожній орбіті утворюється одне кільце, то 17 нинішніх кілець вказують на те, що вони утворюються приблизно за 130 років. Оскільки зараз вони простягаються приблизно на світловий рік, ми можемо зробити висновок, що вони віддаляються від подвійних зірок приблизно на 2600 кілометрів щосекунди.

Попри деякі нерівномірності, розширення є напрочуд рівномірним, враховуючи, що матеріал кілець зазнає змінного гравітаційного тяжіння, радіаційного тиску від зірок і опору від усього іншого матеріалу, який був викинутий зірками.

Зірка Вольфа-Райє в WR 140 багата на вуглець, а це означає, що багато пилу, присутнього в кільцях, має бути відповідно багатим на органічні хімічні речовини. І завдяки обладнанню Вебба ми можемо це підтвердити. Хімічна суміш виглядає дуже складною, без окремих молекул, що виділяються зі спектра. Але вона, здається, багата кільцевими, бензолоподібними структурами, які називаються поліциклічними ароматичними вуглеводнями. Вони, як правило, утворюються в багатих на вуглець, бідних на водень середовищах — саме те, що можна було б очікувати від багатої на вуглець зірки Вольфа-Райє.

Оскільки й фізика, і хімія поводяться точно так, як очікувалося, тут не так вже й багато загадок, які потрібно розгадати. Інформація корисна для інших областей астрономії, оскільки пил у міжзоряному середовищі робить основний внесок у формування зірок і планет, і ці зірки можуть допомогти нам зрозуміти, як деяка його частина туди потрапила.

Але це не означає, що не варто витратити деякий час на те, щоб здивуватися тому факту, що відносно прості для розуміння хімія і фізика можуть створювати дійсно приголомшливі структури, які виявив Вебб.