Apep ūko paslaptys atskleistos pažangiais infraraudonaisiais stebėjimais

Apep ūko paslapčių atskleidimas per pažangius infraraudonuosius stebėjimus

Artėjant svarbiam akademiniam etapui, radijo astronomas Joe Callingham pasidalijo įspūdingu infraraudonųjų spindulių atvaizdu, kurio laukta net penkerius metus. Šį nuotrauką, gautą naudodasis itin dideliu teleskopu (VLT) Čilėje, atskleidė du milžiniškus mirštančius vilkų–Rajo (Wolf-Rayet) tipo žvaigždes, panardintas į didžiulę dulkių spiralę, primenančią gyvatę, ryjančią savo uodegą. Šiai įstabiai dangaus struktūrai suteiktas „Apep“ pavadinimas pagal Egipto mitologijos griovimo gyvatės dievą. Neseniai NASA James Webb kosminis teleskopas (JWST) pateikė dar detalesnį infraraudonųjų spindulių vaizdą, atskleidžiantį naujų įspūdingų detalių bei įžvalgų, pateiktų dviejuose moksliniuose straipsniuose arXiv platformoje.

Vilkų-Rajo žvaigždės ir dulkių formavimosi ypatumai

Įspūdingo masyvumo žvaigždės, prieš virtusios supernovomis, pereina audringus pokyčius. Tokios žvaigždės – Vilkų–Rajo tipo – stipriais žvaigždžių vėjais pašalina savo išorinius vandenilio sluoksnius, atidengdamos tankų sunkesnės sudėties branduolį. Ši evoliucijos fazė, trunkanti vos kelis tūkstančius metų, yra itin trumpa, bet itin svarbi žvaigždžių evoliucijai.

Dažnai masyvios žvaigždės egzistuoja kaip dvejetai (dvejetinės žvaigždžių sistemos). Kai audringi Vilkų–Rajo žvaigždės vėjai susiduria su silpnesnės palydovės vėjais, dujų suspaudimas sukuria tankius, vėsesnius regionus, kuriuose anglies pagrindu susidaro dulkės. Šios dulkės – vienos pirmųjų kietų dalelių kosmose, esminės planetų ir net gyvybės formavimuisi.

Kai dulkės išnešamos Vilkų–Rajo žvaigždės vėjų, dvejetinės sistemos orbitiniai judėjimai suformuoja lanksčią spiralę – ūką. Iš viršaus ši spiralė primena laistytuvo purslus. Iki JWST stebėjimų Apep mokslininkai tikėjosi pamatyti būtent tokią elegantišką spiralinę struktūrą, panašią į ankstesniuose stebėjimuose užfiksuotas ūkas.

JWST: nauji duomenys apie Apep dinamiką ir dulkių struktūrą

Pasitelkdama JWST pažangią infraraudonųjų spindulių kamerą, komanda atskleidė naujų stebinantčių Apep sistemos savybių. Skirtingai nei tipiškose sistemose, kur dominuoja viena Vilkų–Rajo žvaigždė ir silpnesnis palydovas, Apep sudaro dvi beveik vienodos masės Vilkų–Rajo žvaigždės. Jų vėjų susidūrimai panašaus intensyvumo, todėl dulkės pasklinda plačioje kūgio formos srityje, suformuodamos vėjarodės pavidalo ūką – išskirtinai palyginti su įprastomis spiralinėmis (žvaigždžių vėjų) struktūromis.

Ankstesni stebėjimai užfiksavo ir trečiąją, toliau esančią žvaigždę, galimai susijusią su Apep. Jos buvimas dabar atrodo patvirtintas JWST dėka: dulkėse matoma būdinga asimetrija, „įkandimas“, greičiausiai nulemtas trečiosios žvaigždės vėjo sąveikos su aplinka.

Vienas iš anksčiau gluminusių klausimų – neįprastai lėtas dulkių greitis palyginti su žvaigždžių vėjais. Pradžioje manyta, kad dulkės judėjo su lėtesniu tankiu medžiagos srautu aplink greitai besisukančią Vilkų–Rajo žvaigždę (dažnesnį ankstyvame kosmose), tačiau nauji JWST duomenys leidžia kelti alternatyvias interpretacijas – taip tiksliau suprantama žvaigždžių sistemos dinamika.

Mokslinė analizė: žvaigždžių evoliucijos ir dulkių kilmės įžvalgos

Išsamūs JWST stebėjimų duomenys aptarti dviejuose išsamiuose tyrimuose. Kalifornijos technologijos instituto (Caltech) astronomės Yinuo Han publikacijoje analizuojamas dulkių vėsimo procesas ir siejamos foninės dulkių struktūros su priekinėmis žvaigždėmis. Ji pasiūlo, kad šios žvaigždės yra kur kas toliau nuo Žemės, nei buvo manyta anksčiau, todėl jų tikrasis šviesis žymiai didesnis – tai koreguoja ankstesnes hipotezes apie žvaigždžių vėjo greičius ir sukimąsi.

Tuo tarpu Macquarie universiteto doktorantas Ryanas White sukūrė detalią kompiuterinę ūko morfologijos modelį. Šis modelis atskleidžia tikslius vidinių žvaigždžių orbitos parametrus ir patvirtina trečiosios žvaigždės vėjo įtaką. Tai išryškina sudėtingą Apep žvaigždžių sistemos struktūrą ir meta iššūkį supaprastintiems Vilkų–Rajo dvejetų modeliams.

Astrofizikos ir dulkių kilmės reikšmė Visatai

Apep ir panašių sistemų tyrimai gilina supratimą apie masyvių žvaigždžių gyvenimo ciklus, ypatingai apie supernovų ir juodųjų skylių susiformavimą. Anglies dulkių susidarymo procesų pažinimas šiuose sudėtinguose žvaigždžių vėjų sąveikos regionuose yra esminis aiškinant dulkių grūdelių genezę, kurie ilgainiui tampa planetų bei gyvybės ištekliais.

Be mokslinės svarbos, Apep žavi estetine elegancija. Žvaigždžių vėjų ir orbitinių judesių sąveika kuria įstabias ūko formas, kurios stebina astronomus – tai kosminis grožis, slypintis už chaotiškų procesų.

Apep ir panašių žvaigždžių sistemų analizė rodo, kaip mirtinai pavojingos žvaigždžių pabaigos palieka sudėtingus kosminių galvosūkių pėdsakus. Šios mįslės jaudintų net tokius mokslo pionierius kaip Niutonas ar Archimedas. Jų sprendimas suteikia pažinimo džiaugsmą ir plečia mokslines žinias.

Išvados

Naujausi James Webb kosminio teleskopo stebėjimai atskleidė įspūdingas detales apie retąją trejetinę Apep Vilkų–Rajo žvaigždžių sistemą. Užfiksavus dviejų galingų žvaigždžių beveik vienodus vėjus ir trečiojo palydovo poveikį, astronomai įgijo naujų žinių apie dulkių formavimosi ir žvaigždžių vėjų sąveikos mechanizmus vėlyvuose žvaigždžių evoliucijos etapuose. Šios įžvalgos leidžia tiksliau suprasti supernovų kilmę ir esmeninę kosminės anglies dulkių svarbą gyvybės atsiradimui. Apep tampa ryškiu pavyzdžiu, kaip šiuolaikiška infraraudonųjų spindulių astronomija leidžia atskleisti dinamiškus ir dažnai smurtinius procesus, formuojančius mūsų visatą bei jungia fundamentalią mokslą su nesenstančia žmonijos įkvepiančia pažinimo aistra.