De James Webb Ruimte Telescope van NASA/CSA/ESA voegt weer een nieuwe “eerste” toe aan zijn indrukwekkende lijst van prestaties. Met zijn mid-infraroodcamera heeft Webb vier schalen van stof gedetecteerd rond het unieke driedubbel starsysteem Apep. Eerdere beelden toonden slechts één schaal.
Naast de wetenschappelijke prestatie van Webb’s nieuwe afbeelding van Apep, behoort deze ook tot de mooiste en visueel meest spectaculaire foto’s tot nu toe, wat een hoge standaard is om te halen. De uiteindelijke afbeelding combineert meerdere jaren aan gegevens van de Very Large Telescope (VLT) in Chili met rijke, gedetailleerde beelden vastgelegd door Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI).
MIRI bevat zowel een camera als een spectrograaf. Het is Webb’s enige mid-infraroodinstrument, en astronomen en wetenschappers gebruiken het om relatief koelere kosmische objecten en zeer verre objecten te bestuderen. In dit geval is Apep een unieke driedubbel sterrensysteem dat zich op ongeveer 8000 lichtjaar van de aarde bevindt, wat relatief dichtbij is in de kosmische buurt. Het ligt in het sterrenbeeld Norma.
Wat Apep speciaal maakt, is dat het drie sterren bevat die allemaal gravitatiegewijs aan elkaar zijn gebonden, waarvan twee Wolf-Rayet-sterren zijn. Deze drie sterren verschijnen als één enkel lichtpunt in Webb’s afbeelding, maar de impact die ze op elkaar en op het bredere systeem hebben, wordt volledig weergegeven.
“Dit is een uniek systeem met een ongelooflijk zeldzame orbitaire periode,” legt Ryan White, promovendi aan de Macquarie Universiteit in Australië, uit. “De volgende langste baan voor een stoffige Wolf-Rayet-binaire is ongeveer 30 jaar. De meeste hebben banen van tussen de twee en tien jaar.”
Wolf-Rayet-sterren zijn al uitzonderlijk zeldzaam. Van de honderden miljarden sterren in ons Melkwegstelsel geloven wetenschappers dat er slechts ongeveer duizend Wolf-Rayet-sterren zijn.
“Van de paar honderd Wolf-Rayet-binaries die tot nu toe zijn waargenomen, is Apep het enige voorbeeld dat twee Wolf-Rayet-sterren van deze types in onze melkweg bevat — de meeste hebben er maar één,” aldus NASA.
Wanneer een paar Wolf-Rayet-sterren dicht bij elkaar komen, “botsen en mengen hun sterke sterwinden, waardoor er gedurende een kwart eeuw hopen koolstofrijk stof ontstaan en worden uitgestoten,” legt NASA uit.
Slechts één schaal van dit stof rond Apep is eerder afgebeeld, hoewel wetenschappers lange tijd hebben aangenomen dat er meer buitenste schalen zouden kunnen zijn. Grondgebonden telescopen alleen zijn niet in staat geweest om deze taak te vervullen. De schalen werden in de afgelopen 700 jaar uitgezonden, zegt NASA.
Webb heeft niet alleen wetenschappers in staat gesteld om meer dan één stofschaal te zien, maar heeft ook bevestigd dat het systeem in feite drie sterren heeft die gravitatiegewijs aan elkaar zijn gebonden. De VLT observeerde de derde ster in 2018, maar Webb leverde het “rookspoor”.
In het geval van Apep stoten de twee Wolf-Rayet-sterren stof uit, dat vervolgens wordt “doorgehaald”, zoals wetenschappers het noemen, door de derde ster, die een enorme superreus is. De enorme superreus “snijdt gaten in elke uitbreidende stofwolk vanuit zijn bredere baan.”
Wat betreft de banen van de sterren, dit is een andere belangrijke ontdekking. Webb’s gedetailleerdere gegevens stelden astronomen in staat om te bepalen hoe vaak het paar Wolf-Rayet-sterren elkaar daadwerkelijk “passeren”: eens elke 190 jaar. Tijdens deze ongebruikelijk lange omwentelingen zijn de sterren gedurende 25 jaar dicht bij elkaar.
“Wanneer je naar Webb’s nieuwe waarnemingen keek, was het alsof je een donkere kamer binnenliep en het licht aanstak — alles kwam in beeld,” zegt Yinuo Han, postdoctoraal onderzoeker aan Caltech. “Er is overal stof in Webb’s afbeelding, en de telescoop laat zien dat het meeste daarvan is afgeschoten in repetitieve, voorspelbare structuren.”
De twee Wolf-Rayet-sterren waren ooit zwaarder dan hun metgezellen, maar hebben gedurende een lange periode veel van hun massa uitgestoten. Toch geloven wetenschappers dat beide Wolf-Rayet-sterren in Apep “tussen 10 en 20 keer de massa van de zon” zijn, terwijl de superreus metgezel tot 50 keer massiever is.
Uiteindelijk zullen deze Wolf-Rayet-sterren exploderen als supernovae, en hun resterende materialen zullen de ruimte in worden geschoten. Ze kunnen ook een zwart gat worden als een van hen een gammaflits uitzendt.
Yinuo Han is de hoofd Auteur van een nieuw artikel, “The Formation and Evolution of Dust in the Colliding-wind Binary Apep Revealed by JWST,” dat deze week is gepubliceerd in The Astrophysical Journal. Ryan White is de hoofd auteur van een apart onderzoeksartikel dat ook deze week is gepubliceerd in The Astrophysical Journal, “The Serpent Eating Its Own Tail: Dust Destruction in the Apep Colliding Wind Nebula.”
