7 月，一个令人费解的遥远极端恒星系统的新图像被超现实的同心几何环包围，甚至连天文学家都摸不着头脑。这张看起来像是一种“宇宙指纹”的照片来自美国宇航局最新的旗舰天文台詹姆斯韦伯太空望远镜。
互联网立即充满了理论和猜测。一些在野外的人甚至声称它是来历不明的“外星巨型结构”的证据。
幸运的是，我们悉尼大学的团队已经对这颗被称为 WR140 的恒星进行了 20 多年的研究，因此我们处于使用物理学来解释我们所看到的东西的最佳位置。
我们的模型发表在《自然》杂志上，解释了恒星产生在韦伯图像中看到的令人眼花缭乱的光环图案的奇怪过程（本身现在发表在《自然天文学》上）。
WR140的秘密
WR140 就是所谓的Wolf-Rayet 星。这些是已知的最极端的恒星之一。在一个罕见但美丽的展示中，它们有时会向太空发射一缕尘埃，其大小是我们整个太阳系的数百倍。
Wolf-Rayets 周围的辐射场非常强烈，尘埃和风以每秒数千公里的速度向外扫过，大约是光速的 1%。虽然所有恒星都有恒星风，但这些成绩优异者驾驶的东西更像是恒星飓风。
至关重要的是，这种风含有碳等元素，这些元素会流出形成尘埃。
WR140 是在双星系统中发现的少数尘土飞扬的沃尔夫-拉叶星之一。它与另一颗恒星在轨道上运行，这颗恒星本身就是一颗巨大的蓝色超巨星，本身就有凶猛的风。
WR140 系统的双星。图片来源：Amanda Smith / IoA / 剑桥大学/作者提供
在我们的整个银河系中，只有少数几个像 WR140 这样的系统是已知的，但这些选择的少数系统为天文学家带来了最意想不到和最美丽的礼物。尘埃不会像预期的那样简单地从恒星中流出形成一个朦胧的球；相反，它仅在两颗恒星的风碰撞的锥形区域中形成。
因为双星在不断的轨道运动中，这个激波前沿也必须旋转。然后，烟羽会自然地缠绕成螺旋状，就像旋转花园洒水器喷出的喷流一样。
然而，WR140 在其华丽的展示中增加了更多的复杂性。这两颗恒星不是在圆形轨道而是椭圆轨道上，此外，随着双星接近和离开最接近的点，尘埃的产生会间歇性地打开和关闭。
一个近乎完美的模型
通过将所有这些影响建模到尘埃羽流的 3D 几何形状中，我们的团队跟踪了尘埃特征在 3D 空间中的位置。
通过仔细标记在夏威夷凯克天文台（世界上最大的光学望远镜之一）拍摄的膨胀流图像，我们发现我们的膨胀流模型几乎完美地拟合了数据。
除了一个小问题。靠近恒星，尘埃不在它应该在的地方。追逐这种轻微的不适应导致我们发现了一种以前从未被相机捕捉到的现象。
光的力量
我们知道光带有动量，这意味着它可以对称为辐射压力的物质施加推动力。这种现象的结果，以物质在宇宙中高速滑行的形式，随处可见。
但这一直是一个非常困难的过程。力会随着距离的增加而迅速衰减，因此要看到被加速的材料，您需要非常准确地跟踪物质在强辐射场中的运动。
事实证明，这种加速度是 WR140 模型中缺少的一个元素。我们的数据不适合，因为膨胀速度不是恒定的：尘埃受到辐射压力的推动。
第一次在相机上捕捉到这一点是一件新鲜事。在每一个轨道上，恒星都仿佛展开了一张由尘埃制成的巨帆。当它捕捉到来自恒星的强烈辐射时，就像一艘抓住阵风的游艇，尘土飞扬的帆突然向前飞跃。
太空中的烟圈
所有这些物理学的最终结果非常漂亮。就像发条玩具一样，WR140 每隔八年就会喷出精确雕刻的烟圈。
每枚戒指都刻有所有这些奇妙的物理学，并以其形式的细节写成。我们所要做的就是等待，膨胀的风像气球一样使尘埃壳膨胀，直到它大到足以让我们的望远镜成像。
在每八年的轨道上，WR140 周围都会形成一个新的尘埃环。图片来源：韩一诺/剑桥大学/作者提供
然后，八年后，双星返回其轨道，另一个外壳看起来与之前的外壳相同，在其前身的气泡内生长。贝壳不断堆积，就像一组幽灵般的巨型嵌套娃娃。
然而，直到 6 月新的韦伯图像到达时，我们才真正了解了正确的几何形状来解释这个有趣的恒星系统。
来自詹姆斯韦伯太空望远镜的图像（左）详细证实了模型的预测（右）。图片来源：韩银火 / Peter Tuthill / Ryan Lau / 作者提供
这里不是一两个，而是超过 17 个雕刻精美的贝壳，每一个都是几乎完全一样的复制品，嵌套在前面的一个里面。这意味着韦伯图像中可见的最古老、最外层的壳一定是在最新的壳之前大约 150 年发射的，最新的壳仍处于起步阶段，正在加速远离驱动系统核心物理的发光的恒星对。
凭借壮观的羽流和狂放的烟花，Wolf-Rayets 提供了新韦伯望远镜发布的最有趣、图案最复杂的图像之一。
这是韦伯拍摄的第一张照片。天文学家们都在我们座位的边缘，等待这个天文台将给我们带来什么样的新奇观。 
本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。阅读原文。