Con casi dos décadas de imágenes de infrarrojo medio (IR) de los observatorios más grandes del mundo, incluido el Telescopio Subaru, un equipo de astrónomos pudo capturar el movimiento en espiral del polvo recién formado que fluye desde el masivo y evolucionado sistema estelar binario Wolf-Rayet (WR) 112. Sistemas estelares binarios masivos, así como explosiones de supernovas, son consideradas como fuentes de polvo en el Universo desde su historia temprana, pero el proceso de producción de polvo y la cantidad de polvo expulsado siguen siendo preguntas abiertas. WR 112 es un sistema binario compuesto por una estrella masiva en la etapa muy tardía de la evolución estelar que pierde una gran cantidad de masa y otra estrella masiva en la secuencia principal. Se espera que se forme polvo en la región donde chocan los vientos estelares de estas dos estrellas. El estudio revela el movimiento de la salida de polvo del sistema e identifica a WR 112 como una fábrica de polvo altamente eficiente que produce una masa de polvo de la Tierra cada año.

Formación de polvo que se ve típicamente en las suaves salidas de estrellas frías con una masa similar al Sol, es algo inusual en el entorno extremo alrededor de estrellas masivas y sus violentos vientos. Sin embargo, Suceden cosas interesantes cuando los vientos rápidos de dos estrellas masivas en un binario interactúan.

"Cuando los dos vientos chocan, todo el infierno se desata, incluyendo la liberación de copiosas radiografías de gas de choque, pero también la (a primera vista sorprendente) creación de copiosas cantidades de partículas de polvo de aerosol a base de carbono en esos binarios en los que una de las estrellas ha evolucionado a la combustión de He, que produce 40% C en sus vientos, "dice el coautor Anthony Moffat (Universidad de Montreal). Este proceso de formación de polvo es exactamente lo que está ocurriendo en WR 112. (Nota 1)

Este fenómeno de formación de polvo binario ha sido revelado en otros sistemas como el WR 104 por el coautor Peter Tuthill (Universidad de Sydney). WR 104, en particular, revela un elegante rastro de polvo que se asemeja a un 'molinillo' que traza el movimiento orbital del sistema estelar binario central (ver www.physics.usyd.edu.au/~gekko… inwheel / movie_11.gif)

Sin embargo, la nebulosa polvorienta alrededor de WR 112 es mucho más compleja que un simple patrón de molinete. Décadas de observaciones de múltiples longitudes de onda presentaron interpretaciones contradictorias del flujo de polvo y el movimiento orbital del WR 112. Después de casi 20 años de incertidumbre sobre el WR 112, Las imágenes del instrumento COMICS en el Telescopio Subaru tomadas en octubre de 2019 proporcionaron la pieza final, e inesperada, del rompecabezas.

"Publicamos un estudio en 2017 sobre WR 112 que sugirió que la nebulosa polvorienta no se movía en absoluto, así que pensé que nuestra observación de COMICS confirmaría esto, "explicó el autor principal Ryan Lau (ISAS / JAXA)." Para mi sorpresa, La imagen de COMCIS reveló que el caparazón polvoriento definitivamente se había movido desde la última imagen que tomamos con el VLT en 2016. Me confundió tanto que no pude dormir después de la carrera de observación; seguí hojeando las imágenes hasta que finalmente se registró en mi cabeza que la espiral parecía que estaba cayendo hacia nosotros ".

Lau colaboró ​​con investigadores de la Universidad de Sydney, incluidos el profesor Peter Tuthill y el estudiante universitario Yinuo Han, que son expertos en modelar e interpretar el movimiento de las espirales polvorientas de sistemas binarios como WR 112. "Compartí las imágenes de WR 112 con Peter y Yinuo, y pudieron producir un increíble modelo preliminar que confirmó que la corriente espiral polvorienta gira en nuestra dirección a lo largo de nuestra línea de visión, "dijo Lau.

La animación de arriba muestra una comparación entre los modelos de WR 112 creados por el equipo de investigación junto con las observaciones reales del IR medio. La apariencia de las imágenes del modelo muestra una notable concordancia con las imágenes reales de WR 112. Los modelos y la serie de observaciones de imágenes revelaron que el período de rotación de esta espiral polvorienta de "borde sobre" (y el período orbital del sistema binario central ) tiene 20 años.

Con la imagen revisada del WR 112, el equipo de investigación pudo deducir cuánto polvo está formando este sistema binario. "Las espirales son patrones repetitivos, así que, dado que entendemos cuánto tiempo se necesita para formar una espiral llena de polvo (~ 20 años), De hecho, podemos rastrear la edad del polvo producido por las estrellas binarias en el centro de la espiral, "dice Lau. Señala que" hay polvo recién formado en el núcleo central de la espiral, mientras que el polvo que vemos que está a cuatro vueltas en espiral tiene unos 80 años. Por lo tanto, Básicamente, podemos rastrear toda una vida humana a lo largo de la polvorienta corriente en espiral revelada en nuestras observaciones. Para poder señalar en las imágenes el polvo que se formó cuando nací (ahora mismo, está en algún lugar entre la primera y la segunda vuelta en espiral) ".

Para su sorpresa, el equipo descubrió que WR 112 es una fábrica de polvo altamente eficiente que produce polvo a una tasa de 3x10 ^-6 masa solar por año, lo que equivale a producir una masa terrestre entera de polvo cada año. Esto fue inusual dado el período orbital de 20 años del WR 112:los productores de polvo más eficientes en este tipo de sistema estelar binario WR tienden a tener períodos orbitales más cortos de menos de un año como el WR 104 con su período de 220 días. Por lo tanto, WR 112 demuestra la diversidad de sistemas binarios de WR que son capaces de formar polvo de manera eficiente y destaca su papel potencial como fuentes importantes de polvo no solo en nuestra Galaxia sino también en galaxias más allá de la nuestra.

Finalmente, Estos resultados demuestran el potencial de descubrimiento de imágenes de IR medio de varias épocas con el instrumento MIMIZUKU en el próximo Observatorio Atacama de Tokio (TAO). Los resultados de IR medio de este estudio utilizan notablemente los observatorios más grandes del mundo y preparan el escenario para la próxima década de descubrimientos astronómicos con telescopios de clase 30 my el próximo telescopio espacial James Webb.

(Nota 1) Las estrellas Wolf-Rayet (WR) son estrellas evolucionadas muy masivas que ya han perdido su envoltura rica en hidrógeno. La superficie de estos objetos es rica en elementos pesados ​​como el carbono producido por el proceso interno de combustión del helio. Esto da como resultado la eyección de las estrellas WR que incluyen altas fracciones de carbono y otros elementos pesados, en contraste con el material rico en hidrógeno expulsado por las estrellas evolucionadas habituales, formando una gran cantidad de polvo.