Naukowcy odkrywają „zdumiewające” cechy eksplozji masywnych gwiazd Drogi Mlecznej

Zdjęcie pochodzące z mediów społecznościowych

Zdaniem astronomów nowe zdjęcie wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawniło najbliższy i najbardziej szczegółowy wygląd wnętrza eksplodowanej gwiazdy. Analiza obrazu może pomóc badaczom lepiej zrozumieć procesy napędzające te masowe zdarzenia łatwopalne.

Obserwatorium kosmiczne umożliwiło także astronomom dostrzeżenie tajemniczych cech, które nie pojawiły się na zdjęciach pozostałości wykonanych za pomocą teleskopów takich jak Hubble, Chandra, Spitzer czy innych instrumentów Webba.

Nowym zdjęciem podzieliła się w poniedziałek pierwsza dama, dr Jill Biden, debiutując pierwszym w historii cyfrowym kalendarzem adwentowym Białego Domu, który zawiera Cassiopeię A z nowej perspektywy Webba, która wydaje się świecić jak świąteczna ozdoba.

„Nigdy wcześniej nie obserwowaliśmy eksplodującej gwiazdy w taki sposób” - powiedział w oświadczeniu astronom Dan Milisavljevic, adiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie Purdue. „Supernowe są głównymi czynnikami napędowymi ewolucji kosmologicznej. Energie i ich skład chemiczny - tak wiele zależy od naszego zrozumienia supernowych. To najbliższe spojrzenie na supernową w naszej galaktyce.”

Wiry gazu i pyłu to wszystko, co pozostało po gwieździe, która 10 000 lat temu stała się supernową. Kasjopeja A znajduje się 11 000 lat świetlnych od nas, w konstelacji Kasjopei. Rok świetlny, odpowiednik 5,88 biliona mil (9,46 biliona kilometrów), to odległość, jaką promień światła pokonuje w ciągu jednego roku.

Światło z Kasjopei A po raz pierwszy dotarło do Ziemi około 340 lat temu. Jako najmłodsza znana pozostałość po supernowej w naszej galaktyce, obiekt niebieski był badany przez wiele teleskopów naziemnych i kosmicznych. Pozostałość rozciąga się na około 10 lat świetlnych, czyli 60bilionów mil (96,6 biliona kilometrów).

Spostrzeżenia z Cas A, jak nazywana jest również pozostałość, pozwalają naukowcom dowiedzieć się więcej o cyklu życia gwiazd.

Widzenie Cas A w nowym świetle

Astronomowie wykorzystali należącą do Webba kamerę bliskiej podczerwieni, zwaną NIRCam, aby zobaczyć pozostałość po supernowej przy innych długościach fal światła niż te wykorzystywane w poprzednich obserwacjach. Zdjęcie pokazuje bezprecedensowe szczegóły interakcji pomiędzy rozszerzającą się powłoką materii utworzoną przez supernową podczas zderzenia z gazem uwolnionym przez gwiazdę przed eksplozją.

Jednak zdjęcie wygląda zupełnie inaczej niż to, które wykonał w kwietniu Webb za pomocą instrumentu średniej podczerwieni (MIRI). Na każdym obrazie wyróżniają się pewne cechy, które są niewidoczne na drugim.

Webb obserwuje wszechświat w zakresie fal światła podczerwonego, które jest niewidoczne dla ludzkiego oka. Gdy naukowcy przetwarzają dane Webba, światło wychwycone przez teleskop przekłada się na spektrum kolorów widocznych dla człowieka.

Na nowym obrazie NIRCam dominują pomarańczowe i jasnoróżowe przebłyski koloru wewnątrz powłoki pozostałości po supernowej. Kolory odpowiadają gazowym węzłom pierwiastków wyrzucanych przez gwiazdę, w tym tlenowi, argonowi, neonowi i siarce. W gazie mieszają się pyły i cząsteczki. Ostatecznie wszystkie te składniki połączą się, tworząc nowe gwiazdy i planety.

​ Badanie pozostałości pozwala naukowcom zrekonstruować to, co wydarzyło się podczas supernowej.

„Dzięki rozdzielczości NIRCam możemy teraz zobaczyć, jak umierająca gwiazda całkowicie się rozbiła podczas eksplozji, pozostawiając po sobie włókna przypominające maleńkie odłamki szkła” - powiedział Milisavljevic. „To naprawdę niewiarygodne, że po tylu latach badania Cas A udało nam się teraz odkryć te szczegóły, które zapewniają nam transformacyjny wgląd w to, jak eksplodowała ta gwiazda”.

Podwójne perspektywy Webba

Porównując obraz NIRCam ze zdjęciem MIRI wykonanym w kwietniu, nowa perspektywa wydaje się mniej kolorowa. Jasne wiry pomarańczy i czerwieni na kwietniowym zdjęciu wydają się bardziej zadymione w oczach NIRCam, pokazując miejsca, w których fala uderzeniowa supernowej uderzyła w otaczającą materię.

Białe światło na obrazie NIRCam powstaje w wyniku promieniowania synchrotronowego, które powstaje, gdy naładowane cząstki przyspieszają i przemieszczają się wokół linii pola magnetycznego.

Kluczowym elementem, którego brakuje w widoku NIRCam, jest „Zielony Potwór” na obrazie MIRI, czyli krąg zielonego światła w centrum pozostałości, który zaintrygował i stanowił wyzwanie dla astronomów.

Jednak na zdjęciu wykonanym w bliskiej podczerwieni można dostrzec nowe szczegóły, które wskazują na okrągłe dziury otoczone bielą i fioletem, oznaczające naładowane cząstki gruzu, które kształtują gaz wydzielany przez gwiazdę przed jej eksplozją.

Kolejną nowością na obrazie NIRCam jest widoczna w prawym dolnym rogu plamka o nazwie Baby Cas A, która wygląda jak potomek większej pozostałości po supernowej i znajduje się 170 lat świetlnych za Kasjopeą A.

Baby Cas A to tak naprawdę zjawisko zwane echem świetlnym, w którym światło supernowej wchodzi w interakcję z pyłem, powodując jego nagrzanie. Pył nadal świeci, a z czasem się ochładza.

„To zdumiewające” - powiedział Milisavljevic, który kierował zespołem projektowym, który przyczynił się do powstania nowego wizerunku. „Pojawiły się pewne funkcje, które są zupełnie nowe - to zmieni sposób, w jaki myślimy o cyklach życia gwiazd”.