Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba (JWST) zhotovil v júli obraz vzdialenej hviezdy WR140 obklopenej zvláštnymi sústrednými geometrickými útvarmi. Zmiatol astronómov na celom svete, dokonca vyvolal šialené internetové špekulácie, že by mohlo ísť o dôkaz mimozemskej megaštruktúry s priemerom niekoľkých svetelných rokov.

Mätúci obrázok bol zhotovený krátko po tom, ako JWST začal s vedeckými pozorovaniami a zverejnil svoju prvú kompletnú sériu obrázkov. Rýchlo vyvolal búrlivú diskusiu na internete, pričom niektorí špekulovali, že obrovské vlnenie spôsobili mimozemšťania.

Dvaja austrálski astronómovia však v dvoch sprievodných dokumentoch, ktoré boli nedávno publikované v časopise Nature and Nature Astronomy, vysvetľujú, že 17 sústredných prstencov obklopujúcich hviezdu je v skutočnosti séria mamutích vrstiev prachu vytvorených opakujúcou sa interakciou dvojice horúcich hviezd, z ktorých jedna je umierajúca Wolf-Rayetova hviezda.

„Ako hodinky, každých 8 rokov WR140 vyfúkne dymový prstenec, ktorý sa potom nafúkne hviezdnym vetrom ako balón,“ povedal profesor Peter Tuthill zo Sydney Institute for Astronomy na University of Sydney, spoluautor oboch článkov. "O 8 rokov neskôr, keď sa hviezdy na svojich obežných dráhach opäť priblížia, objaví sa ďalší prstenec, rovnaký ako ten predtým, prúdiaci do priestoru v bubline toho predchádzajúceho, podobne ako v ruskej matrioške."

Dvojica WR140 sa skladá z obrovskej Wolf-Rayetovej hviezdy a ešte hmotnejšej modrej nadobrej hviezdy obiehajúcich okolo seba s periódou 8 rokov. Z každej hviezdy prúdia častice v podobe hviezdnych vetrov, no vetry Wolf-Rayetových hviezd sa dajú prirovnať k hurikánu. Vietor obsahuje aj uhlík, ktorý kondenzuje ako sadze. Tie zostávajú dostatočne horúce na to, aby jasne žiarili v infračervenom svetle.

Pretože tieto dve hviezdy sú na eliptickej dráhe, produkcia prachu sa zapína a vypína, ako sa dvojhviezdny spoločník WR140 približuje resp. vzďaľuje od bodu najbližšieho priblíženia. Na základe údajov zozbieraných inými ďalekohľadmi od roku 2006 profesor Tuthill a jeho bývalý študent Yinuo Han – teraz na Inštitúte astronómie Cambridgeskej univerzity – vytvorili trojrozmerný model prachového oblaku.

Ukázalo sa, že tento model vytvorený pre časopis Nature, ktorého je Han hlavným autorom, dokonale vysvetľuje bizarné výsledky získané pomocou JWST v júli. Vďaka tomuto a ďalším príspevkom sa Han a profesor Tuthill stali spoluautormi článku aj v Nature Astronomy.

Pri sledovaní obrovských oblakov prachu generovaných interakciou medzi dvoma hviezdami počas 16 rokov Han a profesor Tuthill vo svojom článku v Nature navyše po prvý krát poukázali na to, ako intenzívne svetlo hviezdy pri kontakte s hmotou túto hmotu urýchľuje.

Je známe, že svetlo hviezd nesie hybnosť a vyvíja tlak na hmotu – hovoríme o „tlaku žiarenia“. Astronómovia často vidia následky tohto javu v podobe hmoty rútiacej sa vysokou rýchlosťou, ale nikdy tento proces nezachytili pri čine. Priame pozorovania zrýchlenia spôsobeného inou silou ako je gravitácia sú zriedkavé a zatiaľ sa nikdy nepozorovali v hviezdnom prostredí ako je toto.

"Je ťažké vidieť, ako svetlo hviezd spôsobuje zrýchlenie, pretože jeho „sila“ so vzdialenosťou klesá a iné sily rýchlo preberajú kontrolu," povedal Han. „Aby sme boli svedkami zrýchlenia na úrovni, na ktorej sa stáva merateľným, materiál musí byť primerane blízko hviezdy alebo zdroj tlaku žiarenia musí byť mimoriadne silný. WR140 je dvojhviezda, ktorej prudké žiarenie tieto efekty prebíja a dostáva sa tak na dosah našich vysoko presných pozorovaní.“

Pomocou zobrazovacej technológie známej ako interferometria, ktorá pre 10-metrové zrkadlo Keckovho ďalekohľadu na Havaji účinkovala ako zoom, boli Austrálčania schopní získať pre štúdiu dostatočne ostré snímky WR140.

Zistili, že prach neprúdi z hviezdy s vetrom vytvárajúc hmlistú guľovitú obálku. Namiesto toho prach kondenzuje na povrchu kužeľovitého útvaru medzi nimi, kde sa vetry z oboch hviezd zrážajú. Pretože obiehajúca dvojhviezda je v neustálom pohybe, otáča sa aj čelo nárazovej vlny. Oblak plný sadzí sa stáča do špirály, rovnako ako kvapky prúdiace z točiaceho sa záhradného zavlažovača.

Pri absencii vonkajších síl by sa každá prachová špirála mala rozpínať konštantnou rýchlosťou,“ povedal Han. „Najskôr sme boli zmätení, pretože sme nedokázali prispôsobiť náš model pozorovaniam, až kým sme si nakoniec neuvedomili, že vidíme niečo nové. Údaje nesedeli, pretože rýchlosť expanzie nebola konštantná, ale skôr sa zväčšovala. Prvýkrát sme to zachytili pred kamerou."

Akonáhle pridali zrýchlenie prachu hviezdnym svetlom do svojho trojrozmerného modelu dvojhviezdy WR140, dokonale súhlasil s pozorovaniami. Tiež to pomohlo vysvetliť podivné sústredné prstence neskôr zaznamenané pomocou JWST.

V istom zmysle sme vždy vedeli, že toto musí byť dôvod prúdenia, ale nikdy som ani nesníval, že ho budeme môcť pozorovať takto priamo,“ povedal profesor Tuthill. „Keď sa teraz pozerám na údaje, vidím, ako sa oblak z WR140 rozťahuje ako obria plachta vyrobená z prachu. Keď zachytí fotóny prúdiace z hviezdy, ako jachta, ktorá zachytí prudký závan vetra, urobí náhly skok vpred.“

Vďaka JWST sa výskumníci budú môcť dozvedieť oveľa viac o WR140 a podobných systémoch. "JWST ponúka nové extrémy stability a citlivosti," povedal Dr Ryan Lau, asistent astronóma v Americkom národnom laboratóriu pre výskum opticko-infračervenej astronómie a hlavný autor štúdie JWST publikovanej v Nature Astronomy. "Teraz budeme môcť robiť takéto pozorovania oveľa jednoduchšie, čím sa nám otvorí nové okno do sveta fyziky Wolf-Rayetových hviezd."