La vita come la conosciamo è basata sulla chimica del carbonio, e ora il James Webb Space Telescope potrebbe aver mostrato da dove proviene gran parte di quel carbonio. La scoperta è dovuta a gusci di polvere di carbonio che si espandono verso l’esterno da un duo di stelle massicce. Il sistema in questione si chiama WR 140 e incorpora due stelle massicce che alla fine diventeranno entrambe supernovae. Situato a poco meno di 5.000 anni luce da noi nella costellazione del Cigno, una delle stelle è un enorme colosso di tipo O — il tipo di stella più caldo e luminoso con un potente vento di radiazioni. Il suo partner è una stella Wolf–Rayet (WR). Tali stelle sono anch’esse massicce, ma verso la fine della loro vita diventano tumultuose poiché le instabilità interne le portano a perdere massa rapidamente in esplosioni e torrenti, rivelando infine i loro interni evoluti. Le due stelle non hanno orbite perfettamente circolari l’una intorno all’altra. I loro percorsi sono allungati, avvicinandole e allontanandole ogni 7,9 anni. Nel loro punto più vicino, chiamato periastrone, le due stelle sono a soli 1,3 unità astronomiche (UA) l’una dall’altra. Questo equivale a 120,8 milioni di miglia (194,5 milioni di chilometri), che è solo un po’ più lontano della distanza tra la Terra e il Sole.
Il JWST ha immaginato 17 gusci concentrici di polvere che circondano il sistema binario di stelle WR 140. Per diversi mesi intorno al periastrone, la pioggia di materiale scosso dalla stella Wolf–Rayet si scontra con il feroce vento di radiazioni emesso dalla stella di tipo O. Nel maelstrom di questa feroce collisione, le particelle nei venti delle due stelle si scontrano, si comprimono in grumi e infine si raffreddano, permettendo la formazione di polvere ricca di carbonio di dimensioni di pochi milionesimi di metro. Questa polvere produce un anello o guscio intorno alle due stelle massicce, che poi inizia a spostarsi verso l’esterno. Otto anni dopo, al prossimo periastrone, si forma un nuovo anello — e così via. In precedenza, solo i pochi anelli più interni di questo evento erano stati visti in luce visibile e infrarossa. Ora, tuttavia, grazie al suo strumento Mid-Infrared Instrument (MIRI), il JWST ha immaginato 17 gusci concentrici e grumosi intorno al sistema WR 140, che si stanno espandendo nello spazio. I grumi, alcuni dei quali sono delle dimensioni del nostro intero sistema solare, sono dove la produzione di polvere è al massimo. I gusci in espansione non sono nemmeno lenti. Stanno correndo via dal sistema binario a 1.600 miglia al secondo (circa 2.600 chilometri al secondo). Questo è quasi l’1% della velocità della luce (0,87% per essere precisi).
“Il telescopio … ha mostrato che i gusci di polvere si stanno muovendo verso l’esterno a velocità costanti, rivelando cambiamenti visibili in periodi di tempo incredibilmente brevi,” ha detto Emma Lieb, una studentessa di dottorato all’Università di Denver in Colorado che ha guidato la nuova ricerca, in una dichiarazione. “Siamo abituati a pensare agli eventi nello spazio che avvengono lentamente, nel corso di milioni o miliardi di anni,” ha detto Jennifer Hoffman, una professoressa di astronomia anche all’Università di Denver, nella stessa dichiarazione. “In questo sistema, l’osservatorio sta mostrando che i gusci di polvere si stanno espandendo da un anno all’altro.” I gusci visibili più antichi hanno 130 anni, ma questi incontri ravvicinati tra le due stelle durante la fase Wolf–Rayet di WR 140 sono in corso da centinaia di migliaia di anni. Gli anelli più antichi sarebbero troppo deboli anche per il JWST per essere visti, o si sarebbero dissipati nello spazio. Si prevede che il sistema formerà decine di migliaia di altri gusci nei prossimi centinaia di migliaia di anni. E poi — bang. La stella Wolf–Rayet attualmente ha una massa 10 volte quella del nostro Sole, e mentre continua a perdere massa, non si ridurrà abbastanza da evitare di esplodere come una supernova (il limite inferiore è otto masse solari). Quindi, cosa succede ai gusci di polvere ricca di carbonio? Ci sono due possibilità. Una è che l’onda d’urto della supernova distrugga alcuni o tutti i gusci di polvere, e l’altra è che la supernova non riesca a detonare se il nucleo della stella collassa sotto la propria gravità così completamente da formare un buco nero che rapidamente attira il resto della stella verso l’interno. In quest’ultimo caso, non ci sarebbe una supernova, e i gusci di polvere di carbonio sarebbero liberi di espandersi nello spazio profondo e unirsi al mezzo interstellare da cui provengono le materie prime per la prossima generazione di stelle e pianeti.
“Una domanda importante in astronomia è, da dove viene tutta la polvere?” ha chiesto Ryan Lau, un astronomo del NOIRLab della National Science Foundation a Tucson, Arizona, nella dichiarazione. “Se la polvere ricca di carbonio come questa sopravvive, potrebbe aiutarci a iniziare a rispondere a quella domanda.” Carl Sagan una volta ci ha descritti evocativamente come “materia stellare,” nel senso che siamo fatti di elementi nati nelle stelle. Se i gusci di polvere ricca di carbonio immaginati dal JWST possono sopravvivere alla fine della stella Wolf–Rayet, potremmo assistere alla creazione della stessa materia stellare che va a formare la vita. “Sappiamo che il carbonio è necessario per la formazione di pianeti rocciosi e sistemi solari come il nostro,” ha detto Hoffman. “È emozionante avere un’idea di come i sistemi di stelle binarie non solo creino polvere ricca di carbonio, ma la spingano anche nel nostro vicinato galattico.”
Le nuove immagini e scoperte del JWST sono state presentate al 245° incontro della American Astronomical Society il 13 gennaio e sono state pubblicate in Astrophysical Journal Letters.