Under covid-låsningen, en hedersstudent vid University of Sydney har skrivit en forskningsuppsats om ett stjärnsystem som kallas en av "stjärnvärldens exotiska påfåglar".

Endast en av hundra miljoner stjärnor gör snittet för att klassificeras som en Wolf-Rayet:grymt ljus, heta stjärnor dömda till nära förestående kollaps i en supernovaexplosion som bara lämnar en mörk kvarleva, som ett svart hål.

Sällsynt av allt, även bland Wolf-Rayets, är eleganta binära par som, om förutsättningarna är de rätta, kan pumpa ut enorma mängder koldamm som drivs av deras extrema stjärnvindar. När de två stjärnorna kretsar runt varandra, dammet lindas in i en vacker glödande sotig svans. Bara en handfull av dessa skulpterade spiralplymer har någonsin upptäckts.

Syftet med denna studie är den nyaste stjärnan att gå med i denna elitklubb, men det har visat sig bryta mot alla regler.

"Bortsett från den fantastiska bilden, de mest anmärkningsvärda sakerna med detta stjärnsystem är hur expansionen av dess vackra dammspiral gjorde oss helt förvirrade, " sa Yinuo Han, som avslutade forskningen under sitt hedersår i Fysikskolan.

"Dammet verkar ha sitt eget sinne, flyter mycket långsammare än de extrema stjärnvindarna som borde driva den."

Astronomer snubblade över denna gåta när systemet upptäcktes för två år sedan av ett team ledd av professorn Peter Tuthill vid University of Sydney. Detta stjärnsystem, 8000 ljusår från jorden, fick namnet Apep efter den ormliga egyptiska kaosguden.

Nu Mr Hans forskning, publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , bekräftar dessa fynd och avslöjar Apeps bisarra fysik med oöverträffade detaljer.

Att tillämpa högupplösta bildtekniker vid European Southern Observatorys Very Large Telescope i Paranal i Chile, teamet kunde undersöka de underliggande processerna som skapar den spiral som vi observerar.

"Förstoringen som krävdes för att producera bilderna var som att se en kikärta på ett bord 50 kilometer bort, " sa Mr Han.

PRECIS MODELL

Teamet gick längre än att bekräfta den tidigare upptäckten, producera en modell som matchar den intrikata spiralstrukturen för första gången, framsteg forskarnas förmåga att förstå dessa stjärnors extrema natur.

"Det faktum att denna relativt enkla modell kan reproducera spiralgeometrin till denna detaljnivå är bara vacker, " sa professor Tuthill.

Dock, inte all fysik är okomplicerad. Hans team bekräftade att dammspiralen expanderar fyra gånger långsammare än de uppmätta stjärnvindarna, något ovanligt i andra system.

Den ledande teorin för att förklara detta bisarra beteende gör Apep till en stark utmanare för att producera en gammastrålning när den äntligen exploderar, något som aldrig tidigare bevittnats i Vintergatan.

Dr Joe Callingham, en medförfattare till studien från Leiden University i Nederländerna, sa:"Det har förekommit en uppsjö av forskning om Wolf-Rayets stjärnsystem:det här är verkligen stjärnvärldens påfåglar. Upptäckter om dessa elegant vackra, men potentiellt farliga föremål, orsakar ett riktigt surr inom astronomi."

Han sa att denna tidning var en av tre som publicerades i år enbart på Apep-systemet. Nyligen, teamet visade att Apep inte bara bestod av en Wolf-Rayet-stjärna, men faktiskt två. Och kollegor från Institute of Space and Astronautical Science i Japan kommer snart att publicera en artikel om ett annat system, Wolf-Rayet 112. Huvudförfattare till den tidningen, Ryan Lau, var medförfattare på detta papper tillsammans med Mr Han.

TIDSBOMBER

Wolf-Rayet-stjärnor är massiva stjärnor som har nått sin sista stabila fas innan de går supernova och kollapsar för att bilda kompakta rester som svarta hål eller neutronstjärnor.

"De är tickande bomber, " sa professor Tuthill.

"Utöver att uppvisa allt det vanliga extrema beteendet hos Wolf-Rayets, Apeps huvudstjärna ser ut att rotera snabbt. Det betyder att den kan ha alla ingredienser för att detonera en lång gammastrålning när den går supernova."

Gammastrålning är bland de mest energiska händelserna i universum. Och de är potentiellt dödliga. Om en gammastrålning skulle träffa jorden, det kan beröva planeten sitt dyrbara ozonskikt, utsätter oss alla för ultraviolett strålning från solen. Lyckligtvis, Apeps rotationsaxel innebär att den inte utgör något hot mot jorden.

'HÄPNADSVÄCKANDE'

Siffrorna avslöjar Apeps extrema natur. De två stjärnorna är var och en cirka 10 till 15 gånger mer massiv än solen och mer än 100, 000 gånger ljusare. Där ytan på vår hemstjärna är cirka 5500 grader, Wolf-Rayet stjärnor är vanligtvis 25, 000 grader eller mer.

Enligt lagets senaste fynd, de massiva stjärnorna i Apep-binären kretsar runt varandra ungefär vart 125:e år på ett avstånd som är jämförbart med storleken på vårt solsystem.

"Hastigheterna för de stjärnvindar som produceras är bara häpnadsväckande, Mr Han sa. "De snurrar av stjärnorna omkring 12 miljoner kilometer i timmen; det är 1 procent ljusets hastighet.

"Ändå expanderar dammet som produceras av detta system mycket långsammare, vid ungefär en fjärdedel av stjärnvindens hastighet."

Han sa att den bästa förklaringen till detta pekar på stjärnornas snabbroterande natur.

"Det betyder troligen att stjärnvindar lanseras i olika riktningar med olika hastigheter. Dammexpansionen vi mäter drivs av långsammare vindar som lanseras nära stjärnans ekvator, " han sa.

"Vår modell passar nu de observerade data ganska bra, men vi har fortfarande inte riktigt förklarat fysiken bakom stjärnrotationen."

Han kommer att fortsätta sina astronomiska studier vid University of Cambridge när han börjar sin doktorsexamen senare i år.