Grazie all’osservazione nell’infrarosso, il James Webb ha svelato il mistero di un guscio di polvere che contiene quattro spirali distinte.
Il telescopio spaziale James Webb ha fornito una prima assoluta nel suo genere: un’immagine nitida nel medio infrarosso di un sistema di quattro spirali di polvere, una delle quali si espande oltre la successiva esattamente con lo stesso schema. Le osservazioni effettuate in precedenza avevano rilevato un solo guscio e, sebbene si ipotizzasse l’esistenza di gusci esterni, le ricerche con telescopi terrestri non erano riuscite a scoprirne alcuno. Questi gusci sono stati emessi negli ultimi 700 anni da due vecchie stelle di tipo Wolf-Rayet in un sistema noto come Apep, un omaggio al dio egizio del caos. L’immagine del James Webb, combinata con diversi anni di dati raccolti dal Very Large Telescope (VLT) dell’Osservatorio Europeo Australe in Cile, ha consentito di ridurre la frequenza con cui la coppia si incrocia: una volta ogni 190 anni. In ogni orbita incredibilmente lunga, si incrociano per 25 anni, formando polvere cosmica.
Un sistema di stelle Wolf-Rayet
Il James Webb ha anche confermato che in questo sistema ci sono tre stelle gravitazionalmente legate tra loro. La polvere espulsa dalle due stelle di Wolf-Rayet viene “tagliata” da una terza stella, una supergigante massiccia, che scava buchi in ogni nube di polvere in espansione all’interno della sua orbita più ampia. Tutte e tre le stelle sono rappresentate come un unico punto luminoso nell’immagine di Webb.
Studio grazie al James Webb
Yinuo Han e Ryan White, i ricercatori principali, con l’aiuto dei loro coautori, hanno perfezionato l’orbita delle stelle Wolf-Rayet combinando misurazioni precise della posizione degli anelli, ottenute dall’immagine del James Webb, con la velocità di espansione dei gusci ricavata dalle osservazioni effettuate dal VLT nell’arco di otto anni. “Questo è un sistema unico nel suo genere, con un periodo orbitale incredibilmente raro“, ha detto White. “La seconda orbita più lunga di un sistema binario Wolf-Rayet ricco di polveri è di circa 30 anni. La maggior parte ha orbite comprese tra due e dieci anni.“
Quando le due stelle Wolf-Rayet si avvicinano e si incrociano, i loro forti venti stellari si scontrano e si mescolano, formando e proiettando cumuli di polvere ricca di carbonio per un quarto di secolo alla volta. In sistemi simili, la polvere viene espulsa nell’arco di pochi mesi, come nel caso dei gusci di Wolf-Rayet 140.
Una “tempesta di polvere” ad alta velocità
Le stelle Wolf-Rayet di Apep, che producono polvere, non se la passano esattamente bene. Si muovono nello spazio, emettendo polvere a una velocità compresa tra 2.000 e 3.000 chilometri al secondo. Anche quella polvere è molto densa. La composizione specifica della polvere è un altro motivo per cui Webb è riuscito a osservare molto di più: è composta in gran parte da carbonio amorfo.
“I grani di polvere di carbonio mantengono una temperatura più elevata anche quando si allontanano dalla stella“, ha detto Han. Sebbene i grani di polvere eccezionalmente piccoli siano considerati caldi nello spazio, la luce che emettono è anche estremamente debole, motivo per cui può essere rilevata nello spazio solo dal MIRI (Mid-Infrared Instrument) del James Webb. Per individuare i buchi che la terza stella ha scavato nella polvere come un coltello, cercate il punto luminoso centrale e tracciate una V da circa le ore 10 alle ore 2. “La cavità si trova più o meno nello stesso punto in ogni guscio e sembra un imbuto“, ha detto White.
I ricercatori conoscevano la terza stella fin da quando il VLT ha osservato il guscio interno più luminoso e le stelle nel 2018, ma le osservazioni del James Webb hanno portato a un modello geometrico aggiornato, confermando la connessione. “Abbiamo risolto diversi misteri grazie al James Webb“, ha detto Han. “L’ultimo mistero da risolvere è la distanza esatta delle stelle dalla Terra, che richiederà ulteriori future osservazioni.“
Il futuro di Apep
Le due stelle Wolf-Rayet erano inizialmente più massicce della loro compagna supergigante, ma hanno perso gran parte della loro massa. È probabile che entrambe le stelle Wolf-Rayet abbiano una massa compresa tra 10 e 20 volte quella del Sole, mentre la supergigante sia 40 o 50 volte più massiccia del Sole. Alla fine, le stelle Wolf-Rayet esploderanno come supernovae, disperdendo rapidamente il loro materiale nello spazio. Entrambe potrebbero anche emettere un lampo di raggi gamma, tra gli eventi più potenti dell’universo, prima di trasformarsi, eventualmente, in un buco nero.
Le stelle Wolf-Rayet sono incredibilmente rare nell’universo. Si stima che ne esistano solo un migliaio nella nostra galassia, la Via Lattea, che contiene complessivamente centinaia di miliardi di stelle. Tra le poche centinaia di binarie Wolf-Rayet osservate finora, Apep è l’unico esempio che contiene due stelle Wolf-Rayet di questo tipo nella nostra galassia: la maggior parte ne ha solo una.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su NASA Science
- Leggi il paper scientifico intitolato “The Formation and Evolution of Dust in the Colliding-wind Binary Apep Revealed by JWST” pubblicato su The Astrophysical Journal
- Leggi il paper scientifico intitolato “The Serpent Eating Its Own Tail: Dust Destruction in the Apep Colliding Wind Nebula” pubblicato su The Astrophysical Journal
