Dalekohled Jamese Webba odhalil prach z obřích hvězd: Částice ze systému WR 112 měří jen několik nanometrů

Ve vesmíru existují objekty tak obrovské, že jejich rozměry přesahují běžnou lidskou představivost. Nová studie publikovaná v časopise The Astrophysical Journal ukazuje, že některé z nejhmotnějších hvězd přitom vytvářejí prachové částice tak malé, že jejich velikost se měří v nanometrech – miliardtinách metru.

Hvězdný prach z obřích hvězd

Hvězdný prach tvoří drobná pevná zrnka vznikající ve hvězdných větrech – proudění horkého plynu vyvrhovaného z hvězd. Tato zrnka jsou následně unášena do mezihvězdného prostoru, kde se stávají součástí oblaků plynu a prachu, z nichž vznikají nové hvězdy a planety. Atomy uhlíku a dalších prvků v těchto mikroskopických částicích tak mohou být stavebním materiálem budoucích planet nebo atmosfér.

Donglin Wu, student třetího ročníku Yaleovy univerzity, se ve své studii zaměřil na hvězdný systém WR 112. Jde o binární systém, tedy dvojici hvězd obíhajících kolem sebe, z nichž jedna patří do vzácné třídy Wolf-Rayetových hvězd. Ty patří mezi nejhmotnější a nejextrémnější hvězdy ve vesmíru – jsou velmi horké, mají silné hvězdné větry a relativně krátký život.

V systému WR 112 obíhá takováto umírající hvězda kolem svého společníka. Jejich silné hvězdné větry se srážejí a vytvářejí husté oblasti, kde se plyn ochlazuje a začíná vznikat prach.

Dva teleskopy, jedno překvapení

Srážky hvězdných větrů vytvářejí struktury připomínající spirálové oblouky prachu, které se postupně rozšiřují do okolního prostoru. Tyto spirální struktury zachytil Vesmírný teleskop Jamese Webba (JWST) v infračerveném oboru. Wu a jeho kolegové proto zkombinovali data z JWST a radioteleskopu ALMA v Chile. Zatímco JWST zobrazil jasné prachové spirály, ALMA v těchto strukturách téměř žádný prach neviděl – což bylo překvapivé, protože jde o jeden z nejcitlivějších milimetrových teleskopů na světě.

Vysvětlení je podle vědců jednoduché: prach v systému WR 112 je extrémně jemný a tak malé částice mohou zůstat pro milimetrová pozorování téměř neviditelné.

Dvě velikosti kosmického prachu

Analýza dat ukázala, že většina prachových zrnek ve spirálových strukturách má velikost menší než jeden mikrometr a mnohá jsou dokonce jen několik nanometrů velká – tedy jen o málo větší než velké molekuly. Rozdíl ve velikosti mezi hvězdou a prachovým zrnem je přitom ohromující. Podle Wua činí přibližně kvintilion ku jedné, tedy asi 10¹⁸ : 1.

Výzkumný tým také zjistil, že prach v systému WR 112 existuje ve dvou velikostních skupinách: velmi drobná zrnka o velikosti několika nanometrů a větší částice o velikosti přibližně 0,1 mikrometru. Tento objev pomáhá vysvětlit dlouhodobý problém astronomů, protože předchozí pozorování podobných systémů někdy nacházela pouze velmi malé částice a jindy jen větší zrnka. Nové výsledky ukazují, že mohou existovat obě skupiny současně. V extrémním prostředí kolem hvězd přitom mohou středně velká zrnka snadno zanikat – silné záření a vysoké teploty je mohou rozbíjet nebo odpařovat.