Kosmiczny Teleskop Webba odkrywa ukrytego „zielonego potwora” na oszałamiającym zdjęciu eksplodującej gwiazdy w wysokiej rozdzielczości

Tajemnicze obiekty kryją się w świetle bliskiej podczerwieni

Obiekty w przestrzeni ujawniają różne aspekty swojego składu i zachowania przy różnych długościach fal światła. Pozostałość po supernowej Kasjopei (Cas A) to jeden z najlepiej zbadanych obiektów na świecie droga Mleczna w całym spektrum długości fal. Jednak roztrzaskane pozostałości gwiazdy wciąż kryły tajemnice.

Najnowsze narzędzia są otwierane przez jedno z najnowszych narzędzi w zestawie Researcher Toolkit, NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa WebbaNajnowsze spojrzenie Webba na światło w bliskiej podczerwieni zadziwiło badaczy.

Nowe zdjęcie w wysokiej rozdzielczości wykonane przez kamerę NIRCam (kamerę bliskiej podczerwieni) należącą do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (NASA) ujawnia skomplikowane szczegóły pozostałości supernowej Kasjopei A (Cas A), pokazując rozszerzającą się powłokę materii zderzającą się z gazem wytwarzanym przez gwiazdę przed jej eksplozją . . . Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Uniwersytet Purdue), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Uniwersytet Princeton)

Webb zaskakuje NASA nowym spojrzeniem na eksplodującą gwiazdę w wysokiej rozdzielczości

Niczym błyszcząca, okrągła ozdoba, gotowa do umieszczenia w idealnym miejscu na świątecznej choince, pozostałość po supernowej Kasjopei A (Cas A) jaśnieje na nowym zdjęciu wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

jako część Wakacje 2023 w Białym DomuPierwsza Dama Stanów Zjednoczonych dr Jill Biden uruchomiła pierwszy w historii kalendarz adwentowy Białego Domu. Aby pokazać „magię, cuda i radość” okresu świątecznego, dr Biden i NASA świętują, prezentując nowe zdjęcie Webba.

Chociaż wszystko jest jasne, ta scena nie jest przysłowiową cichą nocą. Kamera Webb NIRCam (kamera bliskiej podczerwieni) należąca do Cas A wyświetla ten rozbłysk gwiazdowy w rozdzielczości wcześniej nieosiągalnej na tych długościach fal. Ten widok w wysokiej rozdzielczości ujawnia skomplikowane szczegóły rozszerzającej się powłoki materii zderzającej się z gazem uwolnionym przez gwiazdę przed jej eksplozją.

Cas A to jedna z najlepiej zbadanych pozostałości po supernowej w całym wszechświecie. Z biegiem lat obserwatoria naziemne i kosmiczne, w tym NASA Obserwatorium rentgenowskie Chandra, Kosmiczny teleskop HubbleI przeszedł na emeryturę Kosmiczny Teleskop Spitzera Stworzyli wielofalowy obraz szczątków ciała.

Jednak astronomowie wkroczyli teraz w nową erę w badaniach Cas A. W kwietniu 2023 roku odkryto instrument Webba MIRI (instrument średniej podczerwieni). Ten rozdział się rozpoczął, odsłaniając nowe i nieoczekiwane cechy wewnętrznej powłoki pozostałości po supernowej. Wiele z tych cech nie jest widocznych na nowym obrazie NIRCam, a astronomowie badają przyczynę.

To zdjęcie uwydatnia kilka interesujących cech pozostałości po supernowej Kasjopei A widzianej za pomocą kamery NIRCam (kamery bliskiej podczerwieni) należącej do Webba:
1. Niezwykła rozdzielczość NIRCam pozwala wykryć w samej gwieździe małe węzły gazu składające się z siarki, tlenu, argonu i neonu. Niektóre włókna odłamków są zbyt małe, aby je rozróżnić nawet Webb, co oznacza, że ​​mają średnicę porównywalną lub mniejszą niż 10 miliardów mil (około 100 jednostek astronomicznych). Naukowcy twierdzą, że pokazuje to, jak gwiazda rozbiła się jak szkło podczas eksplozji.
2. Okrągłe dziury widoczne na obrazie MIRI wewnątrz Zielonego Potwora, pierścień zielonego światła w wewnętrznej wnęce Cas A, są słabo zarysowane przez biało-fioletową emisję na obrazie NIRCam – reprezentuje to zjonizowany gaz. Naukowcy uważają, że jest to spowodowane przez cząstki supernowej przepływające przez gaz i tworzące gaz pozostawiony przez gwiazdę przed jej eksplozją.
3. Jest to jedno z niewielu ech świetlnych widocznych na obrazie Cas A z kamery NIRCam. Echo świetlne pojawia się, gdy światło z długo wybuchającej eksplozji gwiazdy dociera do odległego pyłu i podgrzewa go, który świeci w miarę ochładzania się.
4. NIRCam uchwycił szczególnie duże, złożone echo świetlne, które naukowcy nazwali Baby Cas A. W rzeczywistości znajduje się ono około 170 lat świetlnych za pozostałością po supernowej.
Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Uniwersytet Purdue), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Uniwersytet Princeton)

„Jak odłamki szkła”

Światło podczerwone jest niewidoczne dla naszych oczu, dlatego procesory obrazu i naukowcy tłumaczą te długości fal światła na widzialne kolory. Na tym nowszym zdjęciu Cas A kolory są przypisane do różnych filtrów NIRCam i każdy z tych kolorów wskazuje inną aktywność zachodzącą w obiekcie.

Na pierwszy rzut oka, obraz NIRCam może wydawać się mniej kolorowy niż obraz MIRI. Dzieje się tak jednak po prostu ze względu na długość fali, przy której materiał obiektu emituje światło.

Ten film przedstawia wykonany przez Webba obraz NIRCam (kamery bliskiej podczerwieni) pozostałości po supernowej Kasjopei A (Cas A). Wysoka rozdzielczość NIRCam wykrywa małe węzły gazu pozostałe po eksplozji gwiazdy, a także lekkie echa rozproszone w polu widzenia.

Najbardziej widoczne kolory na nowym zdjęciu Webba to jasnopomarańczowe i jasnoróżowe grudki tworzące wewnętrzną skorupę pozostałości po supernowej. Ostry wzrok Webba może wykryć najmniejsze węzły gazu składającego się z siarki, tlenu, argonu i neonu z samej gwiazdy. Gaz ten zawiera mieszaninę pyłu i cząstek, które ostatecznie staną się składnikami nowych gwiazd i układów planetarnych. Niektóre włókna gruzu są tak małe, że nawet Loeb nie jest w stanie ich rozróżnić, co oznacza, że ​​mają średnicę porównywalną lub mniejszą niż 10 miliardów mil (około 100 jednostek astronomicznych). Dla porównania, cała Cas A rozciąga się na 10 lat świetlnych, czyli 60 bilionów mil.

„Dzięki rozdzielczości NIRCam możemy teraz zobaczyć, jak umierająca gwiazda całkowicie się rozbiła w wyniku eksplozji, pozostawiając włókna przypominające maleńkie odłamki szkła” – powiedziała Dani Milisavljevic z Purdue University, która kieruje zespołem badawczym. „To naprawdę niewiarygodne, że po tych wszystkich latach badania Cas A możemy teraz odkryć te szczegóły, które zapewniają nam przełomowy wgląd w to, jak eksplodowała ta gwiazda”.

Powyższe zdjęcie stanowi bezpośrednie porównanie pozostałości po supernowej Kasjopei A (Cas A) uchwyconej przez kamery NIRCam (kamera bliskiej podczerwieni) i MIRI (instrument średniej podczerwieni) należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
Na pierwszy rzut oka obraz wykonany za pomocą kamery NIRCam Webba wydaje się mniej kolorowy niż ogólnie obraz MIRI, jest to jednak spowodowane jedynie długością fali, przy której materiał obiektu emituje światło. Obraz NIRCam wydaje się nieco ostrzejszy niż obraz MIRI ze względu na jego zwiększoną rozdzielczość.
Krawędzie głównej powłoki wewnętrznej, które na obrazie MIRI były ciemnopomarańczowe i czerwone, wyglądają jak dym z ogniska na obrazie NIRCam. Odnosi się to do miejsca, w którym fala eksplozji supernowej zderza się z materią otaczającą gwiazdę. Pył w materii otaczającej gwiazdę jest zbyt zimny, aby można go było wykryć bezpośrednio w zakresie fal bliskiej podczerwieni, ale świeci w średniej podczerwieni.
Na zdjęciu wykonanym w bliskiej podczerwieni brakowało także zielonego pierścienia świetlnego w centralnej wnęce Cas A, świecącego w średniej podczerwieni, który zespół badawczy nazwał Zielonym Potworem. Jednakże okrągłe dziury widoczne na obrazie MIRI wewnątrz Zielonego Potwora są słabo zarysowane przez białą i fioletową emisję na obrazie NIRCam.
Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Uniwersytet Purdue), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Uniwersytet Princeton)

Ukryty zielony potwór

Porównując nowe zdjęcie Cas A wykonane przez Webba w bliskiej podczerwieni z widokiem w średniej podczerwieni, jego wewnętrzna wnęka i zewnętrzna powłoka są dziwnie bezbarwne.

Krawędzie głównej powłoki wewnętrznej, które na zdjęciu MIRI pojawiły się w kolorze głębokiej pomarańczy i czerwieni, teraz wyglądają jak dym z ogniska. Odnosi się to do miejsca, w którym fala eksplozji supernowej zderza się z materią otaczającą gwiazdę. Pył w materii otaczającej gwiazdę jest zbyt zimny, aby można go było wykryć bezpośrednio w zakresie fal bliskiej podczerwieni, ale świeci w średniej podczerwieni.

Naukowcy twierdzą, że biały kolor to światło pochodzące z promieniowania synchrotronowego, które jest emitowane w całym spektrum elektromagnetycznym, w tym w bliskiej podczerwieni. Są one generowane przez naładowane cząstki poruszające się z niezwykle dużymi prędkościami i owijające się wokół linii pola magnetycznego. Promieniowanie synchrotronowe jest również widoczne w bąbelkowych powłokach w dolnej połowie wewnętrznej wnęki.

Ten film ze zbliżeniem pokazuje względną pozycję pozostałości po supernowej Kasjopei A (Cas A) na niebie. Zaczyna się od zdjęcia naziemnego wykonanego przez zmarłego astrofotografa Akirę Fujii. W miarę zbliżania się do mniejszych części nieba zanika i staje się obrazem z Digital Sky Survey. Kończy się przejściem na obrazie Cas A z kamery NIRCam (kamery bliskiej podczerwieni) znajdującej się na należącym do NASA Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba, z dodatkowymi pociągnięciami kamery NASA. Kosmiczny teleskop Hubble zdjęcie.

Na zdjęciu wykonanym w bliskiej podczerwieni brakowało także zielonego pierścienia świetlnego w centralnej wnęce Cas A, świecącego w średniej podczerwieni, który zespół badawczy nazwał Zielonym Potworem. Ta cecha została opisana przez badaczy po pierwszym spojrzeniu jako „trudna do zrozumienia”.

Chociaż zielony kolor zielonego potwora nie jest widoczny w NIRCam, resztki światła bliskiej podczerwieni w tym regionie mogą zapewnić wgląd w tę tajemniczą cechę. Okrągłe dziury widoczne na obrazie MIRI są słabo zarysowane przez białą i fioletową emisję na obrazie NIRCam – reprezentuje to zjonizowany gaz. Naukowcy uważają, że jest to spowodowane przez cząstki supernowej przepływające przez gaz i tworzące gaz pozostawiony przez gwiazdę przed jej eksplozją.

Powyższe zdjęcie pozostałości po supernowej Kasjopei, wykonane przez kamerę Webb NIRCam (kamerę bliskiej podczerwieni), przedstawia w celach informacyjnych strzałki kompasu, pasek skali i klucz kolorów.
Strzałki kompasu północnego i wschodniego pokazują kierunek obrazu na niebie.
Skala wyrażona jest w latach świetlnych, czyli odległości, jaką światło pokonuje w ciągu jednego roku ziemskiego. (Światło potrzebuje 3 lat, aby przebyć odległość równą długości podziałki.) Jeden rok świetlny to około 5,88 biliona mil lub 9,46 biliona kilometrów.
To zdjęcie pokazuje niewidzialne długości fal światła bliskiej podczerwieni przełożone na kolory światła widzialnego. Klucz kolorów pokazuje, które filtry NIRCam zostały użyte podczas zbierania światła. Kolor nazwy każdego filtra to kolor światła widzialnego używanego do przedstawienia światła podczerwonego przechodzącego przez ten filtr.
Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Uniwersytet Purdue), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Uniwersytet Princeton)

Mała Cass A

Badaczy zadziwiła także niezwykła cecha w prawym dolnym rogu pola widzenia NIRCam. Nazywają tę dużą, pasiastą plamę Baby Cas A, ponieważ wygląda jak potomek dużej supernowej.

Jest to echo świetlne, do którego światło eksplozji gwiazdy dotarło dawno temu, podgrzewając odległy pył, który świeci w miarę ochładzania się. Badaczy szczególnie interesuje złożoność wzoru pyłu i widoczna bliskość Małego Cas A do samego Cas A. W rzeczywistości Baby Cas A znajduje się około 170 lat świetlnych za pozostałością po supernowej.

Na nowym obrazie Webba widać także wiele mniejszych ech świetlnych.

Pozostałość po supernowej Cas A znajduje się 11 000 lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Kasjopei. Z naszej perspektywy szacuje się, że eksplodował około 340 lat temu.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.