巨型恒星可能是“活得快，死得早”的终极例子。与我们的太阳不同，太阳将闪耀数十亿年，质量更大的恒星只需数百万年即可耗尽其热核燃料，然后脱落其外层并在剧烈的超新星中爆发。
最近，美国国家航空航天局 (NASA) 公布了一张罕见的图像，该图像来自詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，展示了一颗这样的恒星巨星——一颗沃尔夫-拉叶星，正处于其生命的最后、短暂的阶段。它被命名为 WR 124，位于人马座，距离地球约 15,000 光年。这颗垂死的恒星质量至少是太阳的 30 倍，但随着它将热气喷射到寒冷的太空真空中，它正在迅速缩小。
“我们很早就捕捉到了它，”退休天体物理学家安东尼·莫法特解释说，他之前曾使用哈勃太空望远镜观察过 WR 124，但没有参与最近的 JWST 测量。莫法特研究沃尔夫-拉叶星已有数十年。“这是我所知的最年轻的一颗，”他说。图像中色彩鲜艳的云——有些误导性地被称为行星状星云——只有几千年的历史。现在，“星云正紧紧拥抱着恒星，”他说。但随着时间的推移，它将像外壳或气体和尘埃环一样向外绽放。
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恒星是自然界的聚变反应堆，通过将氢聚变成氦原子释放的能量而发光。一旦大质量恒星耗尽了所有氢，它们就开始将氦聚变成更重的元素——通过更具活力的聚变反应，引发强大的恒星风。这些风以每小时数百万公里的速度呼啸而去，将恒星的外层带走，将大量的气体和尘埃喷射到太空。
这种气体发出红外辐射，与 JWST 检测到的光类型相同。天体物理学家通过组合来自 JWST 两种仪器的数据创建了壮观的图像，这两种仪器分别是近红外相机 (NIRCam) 和中红外仪器 (MIRI)。哈勃太空望远镜主要收集光学波长的光，之前曾拍摄过 WR 124 的图像，但 JWST 的观测以令人惊叹的新细节展示了这颗恒星正在兴起的星云。
“就我个人而言，这张图像最令人兴奋的部分是，我们正在捕捉到一个罕见的事件——即一颗沃尔夫-拉叶星——其细节水平只有 JWST 才能实现，”欧洲航天局的天体物理学家玛卡蕾娜·加西亚·马林说，她与 MIRI 合作。
只有大质量恒星才能经历沃尔夫-拉叶阶段，而且并非所有恒星都会经历这个阶段。天文学家估计，我们的星系中只有 1,000 颗沃尔夫-拉叶星——大约每 1 亿颗恒星中有一颗。最近的一颗距离我们约 1,000 光年，位于船帆座 γ 星系中，从南半球可见。莫法特说，沃尔夫-拉叶星的亮度可以是太阳的数百万倍。“它们在数量上没有优势，但在光芒上弥补了，”他补充道。
“那些尘埃正在扩散到宇宙中，最终会形成行星。事实上，我们就是这样来到这里的，”NASA 天体物理学家琥珀·斯特劳恩在德克萨斯州奥斯汀举行的 2023 年西南偏南大会的小组讨论中说，这张图像在那里首次亮相。“我认为这是整个天文学中最美丽的概念之一。”
但是，虽然我们都是星尘构成的，但宇宙中的星尘似乎比科学家从基本编目明显的来源所能解释的要多得多。“当我们的理论与我们的观测结果不符时，科学总是处于一个有趣的位置——而这就是我们目前在尘埃方面所处的位置，”斯特劳恩说。这些垂死恒星结局的详细图片，当它锻造重元素并产生大量尘埃时，可以帮助科学家完善他们对这一基础过程的理解。
总有一天——数千年甚至数百万年后，但实际上在银河系尺度上就是明天——WR 124 将在壮观的超新星中爆发。除了丰富的尘埃和重元素外，爆炸可能会留下一个黑洞。但物理学家没有很好的方法来确定地预测这一点。莫法特猜测超新星遗迹可能会停滞为中子星——一颗坍缩恒星到达黑洞最终湮灭之前的最后一站。如果不瞥一眼某个对我们来说仍在遥远未来的天文台，我们可能永远不会知道 WR 124 会发生哪种结果。但无论如何，它的最终命运仍然是相同的，写在恒星和行星中，这些恒星和行星尚未从它慷慨赠予的宇宙尘埃中形成。
*编者注（2023 年 4 月 6 日）：此句子在发布后经过编辑，以更正恒星风速度的描述。
这篇文章的“图像中的科学”版本经过改编，收录在 2023 年 6 月的《大众科学》杂志中。