双巨星的“舞步”

文/戴铭珏

詹姆斯·韦伯望远镜是一个耗资巨大的望远镜，它一再延期发射，终于在2021 年的圣诞节顺利升空。经过半年的调试，它传回了一张又一张的图片，给世人带来新的视觉震撼。

而其中一张怪异的照片，让科学家感觉莫名奇妙。照片的拍摄目标是WR140，这是一对呈圆环结构的恒星。照片显示WR140和人类的指纹有着不可思议的相似之处，它以一颗耀眼的恒星为中心，向四周扩散出17 个同心弧，每组的间隔遵循着一定的规律。开始的时候，科学家以为这是詹姆斯·韦伯望远镜的衍射现象造成的。

詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的照片有一个显著的特点：比较亮的星带有8 条星芒，像针刺那样放射性地扩展出去，其中2 条较为短小。这些星芒其实是望远镜的支架造成的。但是，这张怪异的照片引起了巨大的反响，人们开始意识到，这些圆环状的彩色光芒是真实存在的，它们是尘埃一样的物质结构。

早在20 多年前，科学家就注意到了WR140。凯克望远镜在2001 年就观测过它，2017 年又再一次观测它。世界上其他的大型望远镜，也都曾经把它当作目标。

独特的“舞步”

WR140 是由2 颗恒星组成的双星系统，位于距离地球6000 光年外的天鹅星座。它是一个非常奇异的天文目标，在滚滚的尘埃烟雾中，隐藏着2 颗体形巨大的恒星，这2 颗恒星分别是一颗大质量O 型恒星伴星和一颗极其罕见的沃尔夫-拉叶星。

沃尔夫-拉叶星本属O 型恒星，也就是宇宙中最大、最亮的恒星。它在诞生的初期，由于吸收了较多的物质，具有30 多个太阳质量，其亮度可以高达太阳的100 万倍。之所以能放射出如此强烈的光芒，是因为它能剧烈地燃烧氢元素。这般“奢侈”的行为就像是一个败家子，很快氢元素就会燃烧得所剩无几。它现在只剩下以氦和碳元素为主的内核，呈现出一副半死不活的样子，所以沃尔夫-拉叶星这种大块头的恒星一般都活不长。

沃尔夫-拉叶星以2000 千米/秒的速度把大量的物质抛射出去，这意味着每隔10 万年，就得损失一个太阳的质量。长此以往，它的周边便产生了一个巨大的气体外壳。它也从最初的30 多个太阳质量，变成了目前的10 个太阳质量。

WR140的沃尔夫-拉叶星

WR140的两颗恒星与太阳比较

而另一颗大质量O 型恒星伴星的质量，大概是30 个太阳质量，目前尚处于生命旺盛期。这种情况跟沃尔夫-拉叶星诞生初期几乎一样。

这一对伙伴围绕着共同的引力中心运转，每相互靠近一次大概需要7.9 年。詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的照片上显示的17 个圆环，是在130 多年间形成的。这是一对“相亲相爱”的双星，这些圆环是它们100 多年“恋情”的印记，在相互绕转的过程中，留下了独特的“舞步”。

WR140双星轨道示意图

迷雾重重的圆环

詹姆斯·韦伯望远镜的中红外观测装置，对尘埃物质有着极为出色的观测能力。同时，哈勃望远镜也具有红外观测能力，但它是接近光学波段的近红外波段在起作用，它也拍摄到其他恒星周边类似的圆环，IRAS 23166+1655 就是哈勃望远镜拍摄的。这个目标位于飞马座，它的圆环是非常规则的旋涡结构，一圈一圈向外界扩展了四五圈，占据了三分之一光年的宽度。这种圆环结构引起了科学家极大的好奇心，他们争相研究这个问题。

詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的WR140 是目前看到的最清晰的圆环结构。那么，它仅仅是圆环结构，还是一圈圈向外扩展的螺旋结构？目前尚不清楚。沃尔夫-拉叶星质量较小，O 型恒星伴星质量较大，因此，它们的轨道是略呈椭圆形的。当质量较小的沃尔夫-拉叶星沿着椭圆轨道冲到O 型恒星伴星附近的时候，它的尘埃物质就会发生很大的变化，或如同炮弹射入墙体中一样猛烈爆炸，或如同子弹射入水中一般动静不大，其表现与尘埃物质的密度息息相关。这涉及非常复杂的流体力学知识，因此，科学家建立起各种各样的理论模型，来努力解答诸如当它们彼此靠近时会发生什么、尘埃物质的内在表现如何等疑问。

距离6000 光年外的我们可能永远观察不到这些变化。我们只能通过太空望远镜看到，这些圆环结构的痕迹随着尘埃物质的扩散，如同舞者的衣带，在遥远的太空飘扬。

詹姆斯·韦伯望远镜