碳這類對生命至關重要的元素如何形成並廣泛傳播？天文學家一直試圖解答。現在團隊利用詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡對距地球約 5,000 光年的沃夫─瑞葉雙星系統 WR140 詳細觀測，揭示產生碳豐富塵埃的過程。
沃夫─瑞葉星（Wolf-Rayet star）是大質量恆星演化至末期的特殊天體，WR140由兩顆這種大質量恆星組成。每隔八年，這對恆星於各自細長軌道掠過時，外圍大氣碰撞，壓縮物質並形成碳豐富的塵埃殼層。每次相遇時都會產生新碳塵埃殼，之後膨脹擴散，最終成為銀河系其他新恆星的成分。
韋伯太空望遠鏡最新中紅外線觀測顯示，WR140已形成至少17層定期膨脹碳塵埃殼，以穩定速度擴展，每層以秒速超過2,600公里遠離恆星，接近光速1%。觀測結果證實，這對恆星每隔八年如時鐘穩定產生新塵埃殼層。已檢測到超過130年的塵埃殼，更古老塵埃殼因逐漸消散而太黯淡，無法檢測。研究員推測，這對恆星可能在數十萬年裡產生數萬層塵埃殼。
分析發現，放大韋伯影像塵埃殼可看出分布不均勻。某些塵埃堆積成模糊脆弱的雲團，規模與整個太陽系相當，其他單獨塵埃顆粒自由漂浮，每顆粒寬度僅人類頭髮直徑百分之一。無論聚集還是分散塵埃，皆以相同速度擴展，且富含碳。
▲ 影片顯示詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對WR140雙星系統的兩次觀測結果。過去130年，釋放超過17層塵埃殼層，中紅外光觀測清晰顯示結構。相隔14個月拍攝的影像，研究員證明系統塵埃擴展中，每層塵埃物質都以接近光速1%移動。
數百萬甚至數十億年後，當WR140結束向周圍「噴灑」碳塵埃，命運又會如何？沃夫─瑞葉星質量是太陽十倍，接近生命終點，可能會以超新星爆炸結束生命，或摧毀部分甚至全部塵埃殼；也可能塌縮成黑洞，保留塵埃殼結構。研究員目前傾向黑洞結局。
回到天文學的重要問題：宇宙塵埃從何而來？如果像這類碳豐富塵埃能保留，可能為解答這問題提供重要線索。我們知道，碳對形成類似岩石行星和太陽系至關重要，此研究讓天文學家一窺雙星系統如何產生碳豐富塵埃，並推進到銀河系鄰域。論文發表於《Astrophysical Journal Letters》。
（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖為WR140雙恆星交會示意圖，來源：NASA / ESA / CSA / Joseph Olmsted (STScI)）
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