尘埃落定–美国宇航局的韦伯望远镜将研究尘埃与生命的交织起源

有证据表明，在沃尔夫-雷埃特双星或多星系统中，大质量恒星的恒星风碰撞会产生大量的宇宙尘埃。正如欧洲南方天文台的这张图所示，随着恒星彼此绕行并产生尘埃，形成了独特的风车图案。像这样的温暖尘埃会在美国国家航空航天局（NASA）的詹姆士·韦伯（James Webb）太空望远镜可以探测到的中红外波长发光。确认尘埃的起源将有助于解释星系中尘埃的神秘过量，这对于我们所知的恒星，行星和生命的后期发展至关重要。

尘土看似微不足道，但它在宇宙中起着巨大作用，从恒星和行星的形成到促进复杂的化学反应（包括我们在内）成为生命之本。诸如“我们如何到达这里？”之类的大问题归结为尘埃，但科学家尚未了解宇宙尘埃的起源和形成过程。天文学家将星系中无法解释的大量尘埃称为“尘埃预算危机”。天文学家对使用NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的专业技术解决工作感到兴奋，这是一个谜。

艺术家渲染的詹姆斯·韦伯太空望远镜。

在您的银行帐户中发现太多钱可能不是您所说的“危机”，但这仍然是意料之外的，您应该知道它是如何到达那里的。天文学家在计算尘埃星系应具有的数量时会发现自己处在相似的位置。尘埃比预期多，他们不知道尘埃来自何处。这很重要，因为宇宙尘埃对宇宙的功能至关重要：它掩盖了形成恒星，成为行星的一部分，并且可以包含导致我们所知的生命的有机化合物。灰尘导致了我们。

“我们所说的'尘埃预算危机'是天文学的主要问题，无法解释在附近和遥远的早期宇宙中星系中观测到的所有尘埃，”日本的Ryan Lau说航空航天探索局。Lau正在NASA即将推出的James Webb太空望远镜的领导下，负责人的全权释放早期科学计划，研究产生尘埃的Wolf-Rayet双星。

Wolf-Rayet的恒星非常炎热，非常明亮。有证据表明，沃尔夫-雷埃特星通过与伴星的相互作用，在两颗恒星彼此绕行并且恒星风相互碰撞时，会以独特的风车模式产生大量尘埃。这些双星系统可能占星系“尘埃预算”的很大比例。但是，沃尔夫-雷耶特星产生的强烈的光度和热量使研究这些系统的微弱且弥漫性的尘埃变得困难。这就是韦伯进来的地方。

该动画显示了在Wolf-Rayet星的轨道接近O型星并且它们的恒星风相撞时，在双星系统WR 140中产生的尘埃。沃尔夫-雷耶特星的强风向后吹回O形星，随着混合恒星材料的冷却，尘埃在其尾流中形成。随着过程的反复进行，灰尘将形成独特的风车形状。

Lau解释说：“ Webb可以检测到的中红外光正好是我们要研究粉尘及其化学成分的光的波长。”红外波长比可见光的波长长，因此可以在尘埃颗粒之间滑动以到达望远镜，而不是被尘埃云弹起。韦伯将探测到这种光，并允许天文学家阅读其携带的信息，包括尘土飞扬的环境中化学物质的签名，其中一些化学物质可能是构成地球生命构成要素的化学物质。

劳说：“韦伯在中红外波段具有空前的分辨率和灵敏度的空前组合，这确实使我们能够进行这些有趣的观察。”“我们可以通过地面望远镜获得空间分辨率，但缺乏韦伯在太空中的观测位置所能达到的灵敏度，而不会受到地球大气层的干扰。相反，使用NASA的Spitzer任务等以前的红外天基望远镜，我们可以实现灵敏度，但缺乏空间分辨率。”

针对两个粉尘工厂

Lau和主任的自由裁量早期释放科学（DD-ERS）团队将使用Webb来研究两个Wolf-Rayet双星系统，并使用望远镜的中红外仪器（MIRI）和近红外成像仪和无狭缝光谱仪（NIRISS）。WR140二元系统已经在许多波长的光中进行了广泛的研究，因此将为衡量Webb对于此类宇宙对象的最佳观测模式提供良好的基线。另一个Wolf-Rayet双星WR137，将在预计DD-ERS计划观测的早期执行Webb的任务时，经历恒星彼此最接近的接近（这被认为是产生最多的尘埃）。

除了关于粉尘的形成和化学成分的新发现外，DD-ERS计划还将是天文学家必须测试出韦伯仪器最佳实践并处理所提供数据的首批机会之一。

该动画从轨道平面上方俯视，以描绘双星系统WR 140中尘埃的螺旋状产生。沃尔夫·雷耶特星是衰老的大质量恒星的密集核心，而O型星则彼此绕轨道运行，它们的恒星风在靠近时会发生碰撞。混合的恒星物质向后吹回O形星，冷却时形成尘埃。

“这项DD-ERS计划将研究最佳方法，以最大化韦伯的动态范围-它观察到的最亮物体与最暗物体之间的差异，这将在未来的许多方面对天文学界有所帮助； DD-ERS小组的另一位天文学家曼西·卡斯里瓦（Mansi Kasliwal）说：“例如，在研究活跃星系明亮中心周围的尘埃盘或寻找一颗绕着明亮恒星运行的行星时，”。Kasliwal领导了加州理工学院的实验室，Lau在该实验室对Wolf-Rayet双星进行了博士后研究，并为DD-ERS计划提出了建议。

Lau和Kasliwal都同意，虽然关于如何产生并在整个宇宙中传播宇宙尘埃的公开问题是一个引人入胜的问题，但它确实是回答有史以来最大的问题之一的垫脚石：我们是怎么来到这里的？据我们所知，地球是宇宙中的生命之岛，在寻求了解似乎像宇宙尘埃一样遥远的事物时，Lau表示，我们最终正在寻求了解自己。Lau说：“了解尘埃的形成对我们追踪我们自己的宇宙起源至关重要。”“韦伯是有史以来为寻找这些基本问题的答案而建立的最强大的科学工具之一。”

詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜将于2021年发射升空，它将是世界上最重要的太空科学天文台。韦伯将解决我们太阳系中的谜团，将目光投向其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。Webb是一项由NASA及其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和加拿大航天局领导的国际计划。