天文学家长期以来一直试图追踪像碳这样的元素（对生命至关重要）是如何在宇宙中广泛分布的。如今，美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯空间望远镜更详细地研究了我们银河系中一个正在产生富含碳尘埃的源头：沃尔夫 - 拉叶140，这是一个由两颗大质量恒星组成的系统，它们遵循一个紧密、拉长的轨道运行。

当它们相互靠近掠过时（在韦伯图像的中央白点内），来自每颗恒星的恒星风相互撞击，物质被压缩，富含碳的尘埃便形成了。韦伯最新的观测显示有17个尘埃壳层在中红外光下发光，它们以规律的间隔向周围空间扩张。

“望远镜不仅证实了这些尘埃壳层是真实存在的，其数据还显示尘埃壳层以一致的速度向外移动，揭示了在极短的时间内发生的可见变化。”科罗拉多州丹佛大学的博士生、新论文的第一作者艾玛·莱布说。

每个壳层都以每秒超过1600英里（2600公里）的速度从恒星处飞驰而去，几乎达到了光速的1%。“我们习惯于认为宇宙中的事件发生得很缓慢，需要数百万或数十亿年。”丹佛大学的合著者、教授珍妮弗·霍夫曼补充道，“在这个系统中，望远镜显示尘埃壳层从一年到下一年都在扩张。”

就像时钟一样，恒星的恒星风每八年产生尘埃数月，当这对恒星在其宽广、拉长的轨道上达到最近距离时。韦伯还展示了尘埃形成的变化——在两张图像的左上角寻找较暗的区域。

望远镜的中红外图像探测到了持续了130多年的壳层。（较老的壳层已经消散得足够多，以至于现在太暗而无法探测到。）研究人员推测，恒星最终将在数十万年间产生数万个尘埃壳层。

“中红外观测对于这一分析至关重要，因为这个系统中的尘埃相对较冷。近红外和可见光只能显示离恒星最近的壳层。”亚利桑那州图森市NSF NOIRLab的天文学家、该系统最初研究的负责人、论文的合著者赖安·劳解释道，“凭借这些令人难以置信的新细节，望远镜还让我们能够精确研究恒星形成尘埃的时间——几乎可以精确到天。”

尘埃的分布并不均匀。尽管乍一看并不明显，但在韦布图像中放大观察这些壳层会发现，部分尘埃“堆积”起来，形成了像我们整个太阳系一样大的无定形、脆弱的云团。许多其他单独的尘埃颗粒则自由漂浮。每一粒尘埃都小到只有人类头发宽度的百分之一。无论是聚集成团还是分散开来，所有尘埃都以相同的速度移动，并且富含碳。

这个系统的未来

在数百万或数十亿年后，当这些恒星完成“喷洒”周围环境尘埃的过程后，它们会发生什么？这个系统中的沃尔夫 - 拉叶141比太阳重10倍，已接近其生命末期。在其最后的“表演”中，这颗恒星要么会作为超新星爆炸——可能会吹散部分或全部尘埃壳层——要么会坍缩成一个黑洞，这将使尘埃壳层保持完整。

尽管没有人能确切预测会发生什么，但研究人员更倾向于黑洞情景。“天文学的一个重大问题是，宇宙中的所有尘埃都来自哪里？”劳说，“如果像这样的富含碳的尘埃能够幸存下来，它将有助于我们开始回答这个问题。”

“我们知道碳对于像我们这样的岩石行星和太阳系的形成是必不可少的。”霍夫曼补充道，“能够一窥双星系统不仅创造富含碳的尘埃，还将尘埃推进到我们银河系附近的过程，这令人兴奋。”

这些研究成果已发表在《天体物理杂志通讯》上，并在美国天文学会第245次会议的新闻发布会上进行了展示，该会议在马里兰州国家港举行。