一些星球不僅發光，還製造未來世界所需的原材料。根據最新研究，科學家報告指出，宇宙中最龐大且壽命短的星球之一正在生成微小的塵埃顆粒，其尺寸僅在十億分之一米的範圍內。這項發現令人驚訝，因為宇宙中某些最巨大的星球在其壽終正寢之前，卻能產生如此微小的塵埃顆粒。加州理工學院的主要研究作者吳東林表示，這顆星與其所生成的塵埃之間的大小差異約為十的十八次方。這一發現解決了有關極端星體周圍塵埃測量結果相互矛盾的長期謎題，並增進了我們對星系如何播種碳元素的理解，碳是生命的基礎元素。
研究重點是 WR 112，這是一個不尋常的雙星系統，其中包括一顆 Wolf–Rayet 星——這是一種稀有且極為炙熱的星球，接近其生命的終點。Wolf–Rayet 星以其強大的恆星風和短暫的壽命著稱。它們快速消耗燃料，並向太空釋放大量物質。在 WR 112 中，這顆 Wolf–Rayet 星環繞著一顆伴星運行。這兩顆星都發射高速氣體流。在這些風相遇的地方，氣體變得緊密而密集。隨著其冷卻，原子相互結合，固體顆粒開始形成。這就是在如此劇烈環境中宇宙塵埃誕生的過程。
隨著時間的推移，恆星的輻射壓力將新形成的塵埃推向外部。這一過程會在雙星系統周圍創造出引人注目的螺旋弧形，彷彿是由恆星風雕塑而成的宇宙風車。然而，數十年來，天文學家面臨著一個複雜的問題。一些對類似系統的觀測顯示，這些塵埃顆粒極其微小。而另一些則表明，顆粒的尺寸約為十萬分之一米。這些相互矛盾的結果無法輕易解釋：儀器是否缺少了某些信息？還是某些顆粒在這些惡劣條件下被摧毀了？
為了解決這一謎團，研究小組結合了來自全球最先進的兩個觀測站的數據：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）和阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列（ALMA）。研究作者指出：「通過將 ALMA 的觀測與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的影像相結合，我們能夠分析 WR 112 的空間解析光譜能量分佈（SED）。」每個望遠鏡以不同的方式觀察宇宙。JWST 探測紅外光，對溫暖的塵埃特別敏感。其中紅外影像已顯示 WR 112 周圍明亮的螺旋塵埃結構。位於智利的 ALMA 則在毫米波長下觀測，對於檢測較冷且通常較大的塵埃顆粒非常有效。如果 WR 112 的螺旋中存在大量較大顆粒，ALMA 應能清楚檢測到。然而，實際上並未如此。毫米波信號的缺失成為關鍵線索。如果 ALMA 無法看到 JWST 檢測到的擴展螺旋，則大多數顆粒的尺寸必須過小，無法有效地在毫米波長下發射。
通過對結合數據建模，研究人員確定，螺旋中的大多數顆粒小於一微米，其中大多數僅為幾納米。納米是十億分之一米的單位。這顆巨大星球所產生的塵埃與其自身的大小差異大約是十的十八次方。有趣的是，分析揭示了兩種不同的顆粒族群。主要的顆粒群是納米級的粒子，而較小的比例則約為 0.1 微米。研究團隊測試了幾種可能的顆粒尺寸模型，以確定哪一種最符合數據。「在我們測試的四種顆粒半徑分佈參數化中，雙峰分佈，含有豐富的納米級顆粒和次要的 0.1 微米顆粒，最能重現觀察到的 SED。」這種雙重尺寸結構有助於調和數十年來的矛盾觀測結果：同時存在微小和較大的顆粒，但最小的顆粒占主導地位。
研究團隊還調查了在如此強烈輻射下塵埃的行為。強烈的光和高能環境可能會侵蝕或蒸發顆粒。他們的發現表明，中等大小的顆粒可能特別脆弱，這或許解釋了為何早期觀測經常無法穩定檢測到它們。WR 112 是同類中最 prolific 的塵埃生產者，每年產生的塵埃量大約相當於三個地球月球的質量。由於這些塵埃富含碳，了解其尺寸分佈會直接影響對大質量雙星系統對星系貢獻碳的估算。碳塵不會永遠留在母星附近，隨著時間的推移，會漂流進入星際空間，與氣體雲混合，這些氣體雲最終可能會崩潰形成新星或行星。
若微小顆粒占主導地位，它們可能會與較大的顆粒有不同的行為，從而影響塵埃的生長、存活或參與行星形成的過程。仍然有許多未解之謎。例如，科學家需要確定這些納米級顆粒在離開強烈輻射場後能存活多久？它們會合併成較大的顆粒嗎？還是在星際空間的衝擊中被摧毀？WR 112 是否典型，或者在 Wolf–Rayet 雙星中是個例外？未來對類似系統的觀測，將利用 JWST 和 ALMA 幫助回答這些問題。通過研究更多的星際塵埃工廠，天文學家旨在細化星系隨時間積累碳的模型。這裡尚有許多未知的事物——一些難以觀察的事物，還有一些稀有的現象。這項研究已發表在《天體物理學雜誌》中。
