Webb mostra4 gusci di polvere attorno al sistema Apep

Il James Webb Space Telescope della NASA ha offerto una prima del suo genere: un’immagine nitida nel medio infrarosso di un sistema di quattro spirali serpentine di polvere, una che si espande oltre l’altra seguendo esattamente lo stesso schema.

Il James Webb Space Telescope della NASA ha offerto una prima del suo genere: un’immagine nitida nel medio infrarosso di un sistema di quattro spirali serpentine di polvere, una che si espande oltre l’altra seguendo esattamente lo stesso schema. (Il quarto è quasi trasparente, ai bordi dell’immagine di Webb.)

Le osservazioni effettuate prima di Webb rilevarono un solo guscio e, sebbene fosse ipotizzata l’esistenza di gusci esterni, le ricerche con telescopi terrestri non riuscirono a scoprirne alcuna.

Questi gusci sono stati emessi negli ultimi 700 anni da due stelle Wolf-Rayet invecchiate in un sistema noto come Apep, un omaggio al dio egiziano del caos.

L’immagine di Webb, unita a diversi anni di dati del Very Large Telescope (VLT) dell’Osservatorio Europeo Australe in Cile, ha ristretto la frequenza con cui i due si incrociano: una volta ogni 190 anni. Su ogni orbita incredibilmente lunga, passano vicini per 25 anni e formano polvere.

Webb ha anche confermato che in questo sistema ci sono tre stelle legate gravitazionalmente tra loro.

La polvere espulsa dalle due stelle Wolf-Rayet viene “tagliata” da una terza stella, una supergigante massiccia, che scava buchi in ogni nuvola di polvere in espansione dalla sua orbita più ampia. (Tutte e tre le stelle sono mostrate come un unico punto luminoso nell’immagine di Webb.)

L’immagine nel medio infrarosso di Webb mostra quattro gusci di polvere avvolti attorno a una coppia di stelle Wolf-Rayet note per la prima volta come Apep. Osservazioni precedenti di altri telescopi ne avevano mostrato solo uno. I dati di Webb hanno anche confermato che ci sono tre stelle legate gravitazionalmente tra loro. Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI; Scienze: Yinuo Han (Caltech), Ryan White (Università Macquarie); Elaborazione immagini: Alyssa Pagan (STScI)

“Guardare le nuove osservazioni di Webb era come entrare in una stanza buia e accendere la luce — tutto veniva visivo”, ha detto Yinuo Han, autore principale di un nuovo articolo su The Astrophysical Journal e ricercatore post-dottorato al Caltech di Pasadena, California. “C’è polvere ovunque nell’immagine di Webb, e il telescopio mostra che la maggior parte è stata scacciata in strutture ripetitive e prevedibili.”

L’articolo di Han coincide con la pubblicazione di quello di Ryan White su The Astrophysical Journal, dottorando alla Macquarie University di Sydney, Australia.

Han, White e i loro coautori perfezionarono l’orbita delle stelle Wolf-Rayet combinando misurazioni precise della posizione dell’anello dall’immagine di Webb con la velocità di espansione dei gusci dalle osservazioni effettuate dal VLT in otto anni.

“Questo è un sistema unico nel suo genere con un periodo orbitale incredibilmente raro,” disse White. “L’orbita successiva più lunga per un binario polveroso Wolf-Rayet 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 spargendo cumuli di polvere ricca di carbonio per un quarto di secolo alla volta. In sistemi simili, la polvere viene sparata in pochi mesi, come i proiettili nel Wolf-Rayet 140.

‘Schermaglia’ ad alta velocità

Le star di Wolf-Rayet che producono polvere in Apep non sono certo in una crociera tranquilla. Stanno sferzando lo spazio e sparando polvere a 1.200-2.000 miglia al secondo (2.000-3.000 chilometri al secondo).

Quella polvere è anche molto densa.

La composizione specifica della polvere è un altro motivo per cui Webb è riuscito a osservare molto di più: è costituita in gran parte da carbonio amorfo.

“I granelli di polvere di carbonio mantengono una temperatura più alta anche mentre si allontanano dalla stella,” ha detto Han.

Sebbene i granelli di polvere eccezionalmente piccoli siano considerati caldi nello spazio, la luce che emettono è anche estremamente debole, motivo per cui può essere rilevata dallo spazio solo dallo strumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb.

Tagliare la polvere

Per trovare i fori che la terza stella ha tagliato come un coltello nella polvere, cerca il punto centrale di luce e traccia una forma a V dalle 10 alle 2 circa. “La cavità è più o meno nello stesso punto in ogni guscio e sembra un imbuto,” ha detto White.

“Sono rimasto scioccato quando ho visto i calcoli aggiornati svolgersi nelle nostre simulazioni,” ha detto.

“Webb ci ha dato la ‘prova fumante’ per dimostrare che la terza stella è legata gravitazionalmente a questo sistema.”

I ricercatori conoscono la terza stella da quando il VLT ha osservato il guscio interno più luminoso e le stelle nel 2018, ma le osservazioni di Webb hanno portato a un modello geometrico aggiornato, che ha chiuso la connessione.

Futuro di Apep

Le due stelle Wolf-Rayet erano inizialmente più massicce della loro compagna supergigante, ma hanno perso la maggior parte della loro massa.

È probabile che entrambe le stelle Wolf-Rayet abbiano tra 10 e 20 volte la massa del Sole, e che il supergigante sia 40 o 50 volte più massiccio rispetto al Sole.

Alla fine, le stelle Wolf-Rayet esploderanno come supernove, inviando rapidamente il loro contenuto nello spazio.

Entrambi potrebbero anche emettere un lampo a raggi gamma, uno degli eventi più potenti dell’universo, prima di diventare forse un buco nero.

Le stelle Wolf-Rayet sono incredibilmente rare nell’universo

. Si stima che esistano solo mille nella nostra galassia della Via Lattea, che contiene centinaia di miliardi di stelle in totale.

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 possiede solo una.

Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo.

Webb sta risolvendo misteri nel nostro sistema solare, guardando oltre, verso mondi lontani intorno ad altre stelle, e indagando sulle misteriose strutture e origini del nostro universo e del nostro posto in esso.

Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA insieme ai suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e CSA (Agenzia Spaziale Canadese).

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