星光加速物质的首个证据！

恒星周围的同心涟漪

今年 7 月，NASA 的韦布空间望远镜（JWST）捕捉到了一个奇妙的宇宙景象：在两颗恒星周围，至少环绕着 17 个同心波纹。这一画面令天文学家困惑，并引发了广泛的讨论。有人甚至猜测这些巨型涟漪可能与外星文明有关。

双星系统 WR140 的周围，围绕着一层层像环一样的尘壳。（图 /NASA/ESA/CSA/STScl/JPL-Caltech ）

现在，两篇新发表于《自然》和《自然 - 天文学》杂志的论文解开了这一谜题。天文学家证实，这些同心环实际上是双星系统 WR140 中的两颗恒星在发生激烈的循环相互作用时所产生的巨大尘壳。

WR140 双星系统

WR140 是一个位于天鹅座的双星系统，距离地球大约 5000 光年远。夏威夷的凯克天文台（光学望远镜）已经对其进行了近 20 年的观测。

这个双星系统由一颗巨大的沃尔夫 - 拉叶星（WR 型星）和一颗更大的蓝超巨星组成。所有的恒星都会产生恒星风，但来自 WR 型星的恒星风更像是恒星飓风，风中的碳等元素会凝结成煤烟，它们能维持足够高的温度，在红外线中发出明亮的光，给了望远镜一些可以捕捉的东西。

WR140 是由一颗 WR 型星和一颗 O 型星组成的，画面右上角显示了太阳与这两颗恒星的相对大小。O 型恒星的质量大约是太阳的 30 倍，WR 型星的质量大约是太阳的 10 倍。（图 /NASA/JPL-Caltech）

WR140 中的两颗超大质量恒星之间的引力，将它们锁定在一个为期 8 年的轨道周期上。每当这两颗恒星彼此靠近时，它们的恒星风就会相遇，压缩气体并形成尘埃羽状物，这些尘埃羽状物在恒星风中像气球一样膨胀，向远处延伸。

如此一来，这个双星系统就像一个发条装置一样，每隔 8 年，就会产生一个尘埃环。每一次新产生的尘埃羽状物都和前一次的一样，于是这些尘埃环就形成了像树木年轮一样的画面。

WR140 双星系统的艺术构想图。（图 /Amanda Smith/IoA/ University of Cambridge）

根据自 2006 年以来其他望远镜收集到的数据，研究人员创建了一个描述了这些尘埃羽状物的三维几何的模型。这个模型可以完美地解释 JWST 在 7 月捕捉到的奇异的同心环。

更重要的是，通过比较模型和在 16 年间拍摄到的这两颗恒星的红外图像，研究人员还首次捕捉到了强烈的星光 " 撞击 " 物质并使物质加速的直接证据。

星光加速物质

众所周知，光具有动量，它会对物质施加被称为辐射压的推力。但是，想要观测由星光引起加速度的过程是非常困难的，因为这种力会随距离的增加而减弱。

通常，天文学家只通过物质在宇宙中高速滑行来见证这种现象，而且很少能直接记录由引力以外的力引起的加速度，在恒星环境中观测这种现象更是从未有过。若想实现这种观测，物质需要与恒星靠得相当近，或者辐射压的来源需要特别强。

为了获得更清晰的 WR140 图像，研究人员使用了一种名为干涉测量的成像技术。他们发现尘埃的形成并不是像之前认为的那样，随着恒星风从恒星中喷射而出，然后形成一个朦胧的球；事实上，尘埃是在两颗恒星产生的恒星风发生碰撞的附近——在它们之间的一个锥形激波波前形成。因为绕轨道运行的双星在不断运动，激波波前也在旋转，因此尘埃羽状物就成了螺旋状。

在没有外力的情况下，每个尘埃螺旋应该以恒定的速度膨胀。这也正是让研究人员感到很困惑的地方，因为他们无法让观测结果与模型相符，直到他们最终意识到，眼前看到的是一些新的东西：数据之所以不符，是因为膨胀速度并不是恒定的，而是在加速！

一旦研究人员将星光引起的尘埃加速加入到 WR140 的三维几何模型中，模型就能完美地与观测数据相匹配。

JWST 或将带来更多信息

这是研究人员首次用相机捕捉到这种加速。能够如此直接地观测到这样的物理效应，是出乎研究人员意料之外的惊喜。从这些数据中，我们可以看到 WR140 的尘埃羽状物缓缓展开，它就像由尘埃制成的一张巨大风帆。当它捕捉到来自恒星的光子风时，就像捕捉到了一阵强风的游艇一样，突然向前跃进。

随着已经投入运行的 JWST 将在未来拍摄到越来越多清晰的画面，天文学家将有望更多地了解 WR140 以及与其类似的系统。JWST 的惊人稳定性和灵敏度，将会为 WR 物理学的世界打开一扇新的窗口。