韋伯望遠鏡發現沃爾夫 - 拉葉星140周圍的富碳塵殼

沃爾夫 - 拉葉星140（亦稱WR 140或HD 193793），是一個由兩顆大質量恆星組成的系統，位於天鵝座，距離地球大約5000光年。當這兩顆恆星相互繞行時，它們各自吹出的星風相互碰撞，物質被壓縮，從而形成富碳塵埃。美國國家航空暨太空總署（NASA）、歐洲太空總署（ESA）和加拿大太空局（CSA）合作的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的最新觀測結果顯示，有17個塵殼在中紅外波段發光，它們以規律的間隔向周圍空間擴張。

這張富碳的沃爾夫 - 拉葉星WR 140的影像，是韋伯望遠鏡的中紅外儀器（MIRI）在2023年9月拍攝的。影像提供：NASA / ESA / CSA / STScI / 丹佛大學的E. Lieb / 美國國家科學基金會黑暗天體天文臺的R. Lau / 丹佛大學的J. Hoffman。

科羅拉多州丹佛大學的博士生Emma Lieb表示：「韋伯望遠鏡證實了沃爾夫 - 拉葉星140的塵殼確實存在，其資料還顯示，這些塵殼正以一致的速度向外移動，在極短的時間內就有可見的變化。」

「每個塵殼都以每秒超過2600公里的速度遠離恆星，幾乎達到光速的1%。」

丹佛大學的Jennifer Hoffman教授稱：「我們通常認為，太空中的事件發展緩慢，歷時數百萬甚至數十億年。」

「在這個系統中，天文臺的觀測顯示，塵殼逐年在擴張。」

英國天文技術中心的天文學家Olivia Jones博士表示：「韋伯望遠鏡在僅間隔13個月的觀測中，就看到了這些塵殼的實時移動，實在令人驚嘆。」

「這些新成果讓我們首次窺見，如此大質量的雙星系統作為宇宙中塵埃製造廠的潛在作用。」

就像時鐘運轉一樣，每八年，當這對恆星在寬闊的橢圓軌道上最接近彼此時，它們吹出的星風會持續數個月產生塵埃。

韋伯望遠鏡也顯示出塵埃形成停止的位置——看影像左上角較暗的區域。

這臺望遠鏡的中紅外影像探測到持續存在超過130年的塵殼——年代更久遠的塵殼已經消散得足夠多，如今太暗而無法探測到。

天文學家推測，在數十萬年的時間裡，這些恆星最終將產生數萬個塵殼。

美國國家科學基金會黑暗天體天文臺的天文學家Ryan Lau博士稱：「中紅外波段的觀測對此分析至關重要，因為這個系統中的塵埃溫度相當低。」

「近紅外和可見光波段的觀測只能看到最靠近恆星的塵殼。」

「有了這些令人驚嘆的新細節，望遠鏡也讓我們能精確研究恆星何時形成塵埃——幾乎能精確到天。」

塵埃的分佈並不均勻。儘管在韋伯望遠鏡的影像中，這些差異並不明顯，但研究人員發現，有些塵埃「堆積」起來，形成了和我們整個太陽系一樣大的、無定形的、精緻的雲團。

還有許多單個的塵埃顆粒自由飄浮。每一粒塵埃都只有人類頭髮直徑的百分之一那麼小。不論是否聚集在一起，所有的塵埃都以相同的速度移動，且富含碳元素。

在這些恆星用塵埃「噴灑」完它們的周圍環境後，未來數百萬或數十億年，這些恆星會怎樣呢？

這個系統中的沃爾夫 - 拉葉星質量是太陽的10倍，已接近生命末期。

在它生命的最後「一幕」，這顆恆星要麼會以超新星爆發的形式結束——可能會將部分或全部塵殼炸飛，要麼會坍縮成一個黑洞，而黑洞的形成將使塵殼保持完整。

雖然沒有人能確定會發生什麼，但科學家們希望是形成黑洞的情形。

Lau博士表示：「天文學中的一個重要問題是，宇宙中所有的塵埃都從哪裡來？」

「如果像這樣的富碳塵埃能留存下來，或許能幫助我們開始解答這個問題。」

Hoffman教授稱：「我們知道，碳元素是像我們太陽系這樣的巖態行星和太陽系形成所必需的。」

「能窺見雙星系統不僅如何創造富碳塵埃，還如何將其推進到我們的星系鄰域，真是令人興奮。」

這些研究成果發表在《天體物理學期刊通訊》上。

Emma P. Lieb等人，2025年。《WR 140碰撞星風塵埃形成的動態印記》，《天體物理學期刊通訊》979卷，L3；doi: 10.3847/2041-8213/ad9aa9