Webb odkrywa spektakularne wyrzuty i skomplikowane struktury w młodej supernowej Kasjopei A

Trójkolorowe obrazy JWST Kasjopei A, kontrastujące z tlenkiem węgla (CO na zielono) i wyrzutem argonu (na czerwono) oraz emisją synchrotronu (na niebiesko). Zdjęcia pokazują, że w zewnętrznych warstwach znajduje się więcej CO niż argonu, co oznacza, że ​​cząsteczki CO tworzą się ponownie po odwróconym szoku. Źródło: Instytut SETI

Obserwacje najmłodszej znanej supernowej zapadnięcia się jądra w kosmosie droga Mleczna dostarczają wglądu w warunki, które prowadzą do powstawania i niszczenia cząsteczek i pyłu w wyrzutach supernowych.

The Instytut SETI ogłosił najnowsze odkrycia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) dotyczące pozostałości po supernowej, Kasjopei A (Cas A). Obserwacje najmłodszej znanej supernowej zapadnięcia się jądra w Drodze Mlecznej dostarczają wglądu w warunki, które prowadzą do powstawania i niszczenia cząsteczek i pyłu w wyrzucanych supernowych. Wyniki badania zmieniają naszą wiedzę na temat powstawania pyłu we wczesnym Wszechświecie w galaktykach wykrytych przez JWST 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Naukowcy uważają supernowe, takie jak te, które utworzyły Cas A, za istotne źródła pyłu obserwowane w odległych galaktykach o dużym przesunięciu ku czerwieni. Te nowe odkrycia podważają przekonanie, że pył pochodzi głównie z gwiazd o masach pośrednich w asymptotycznej gałęzi olbrzyma (AGB) we współczesnych galaktykach.

Wersja z komentarzami powyższego obrazu. Źródło: Instytut SETI

„To niezwykłe, jak jasna jest emisja tlenku węgla wykryta za pomocą obrazowania i spektroskopii JWST NIR, pokazująca kilkadziesiąt sinusoidalnych wzorów podstawowych linii rowibracyjnych CO” – powiedziała dr Jeonghee Rho, starszy naukowiec w Instytucie SETI, który kierował tym badaniem badania. „Wzory wyglądają, jakby zostały wygenerowane sztucznie”.

Kluczowe ustalenia obejmują:

1. Tworzenie się molekularnego CO: Dane pokazują więcej gazu CO w warstwach zewnętrznych niż argonu, co oznacza, że ​​cząsteczki CO tworzą się ponownie po szoku odwrotnym. Dane te są ważne dla zrozumienia, w jaki sposób następuje ochłodzenie i powstawanie pyłu po wybuchu supernowej. Obrazy wskazują, że cząsteczki CO ulegają odtworzeniu po uderzeniu i mogły chronić pył znajdujący się w wyrzutni.
2. Szczegółowa spektroskopia: Widma NIRSpec-IFU dwóch znaczących obszarów w Cas A pokazują różnice w sposobie formowania się pierwiastków. Obydwa regiony mają silne sygnały dotyczące gazu CO i wykazują różne zjonizowane pierwiastki, takie jak argon, krzem, wapń i magnez. Podstawowe linie CO to kilkadziesiąt sinusoidalnych wzorów podstawowych linii rowibracyjnych CO z kontinuum pod spodem ze względu na dużą prędkość cząsteczek CO.
3. Dane dotyczące temperatury: Badania pokazują, że temperatura wynosi około 1080 K, na podstawie emisji gazów CO. Pomaga nam to zrozumieć interakcję pyłu, cząsteczek i silnie zjonizowanego gazu w supernowych. Jednakże autorzy znajdują również linie wibracyjne w liniach o dużym rotacji (J=90), których cechy pojawiają się w przedziale 4,3-4,4 mikrona. Linie te wskazują na obecność cieplejszego składnika temperatury (4800 K), co oznacza jednoczesne powstawanie i ponowne powstawanie CO. CO z tak wysokich poziomów rotacji po raz pierwszy zaobserwowano w Cas A za pomocą nowej spektroskopii JWST.
4. Supernowe, takie jak Cas A, oddalone o 11 000 lat świetlnych od nas, to eksplozje, które mają miejsce, gdy około 350 lat temu gwiazda o dużej masie dobiega końca. Wnętrze gwiazdy, zwane supernową zapadnięcia się jądra, zapada się do wewnątrz pod wpływem grawitacji, gdy wyczerpie się paliwo jądrowe zasilające gwiazdę. Odbicie tego zapadnięcia powoduje wyrzucenie zewnętrznej powłoki gwiazdy w przestrzeń kosmiczną w wyniku eksplozji, która może przyćmić całą galaktykę.

„Obserwowanie tak gorącego CO w młodej pozostałości po supernowej jest naprawdę niezwykłe i wskazuje, że tworzenie się CO nadal ma miejsce setki lat po eksplozji” – powiedział Chris Ashall, adiunkt w Virginia Tech. „Połączenie tak imponujących zbiorów danych z wcześniejszymi obserwacjami supernowych JWST pozwoli nam zrozumieć ścieżkę powstawania cząsteczek i pyłu w sposób, który wcześniej nie był możliwy”.

Źródło: Instytut SETI

Przełomowe obrazy i spektroskopia

Do obserwacji wykorzystano kamerę bliskiej podczerwieni JWST (NIRCam) i instrument średniej podczerwieni (MIRI), wraz ze szczegółową spektrografią bliskiej podczerwieni (NIRSpec)-Integral Field Units (IFU). Zespół zmapował skomplikowane struktury promieniowania synchrotronowego (światło emitowane, gdy naładowane cząstki, takie jak elektrony, są przyspieszane do dużych prędkości w silnych polach magnetycznych), wyrzuty bogate w argon i cząsteczki tlenku węgla (CO) w Cas A. Zdjęcia pokazują bardzo szczegółowe i skomplikowane wzory muszli, dziur i włókien, podkreślające potęgę JWST.

Widma bliskiej podczerwieni (NIRSpec) północnej i południowej powłoki Cas A. Podstawowe pasmo CO pokazuje unikalne kształty CO, z kilkoma dziesiątkami sinusoidalnych wzorów linii rowibracyjnych z pseudokontinuum pod spodem (dwie linie kolców to magnez i argon ). Źródło: Instytut SETI

Seong Hyun Park, absolwent Uniwersytetu Narodowego w Seulu w Korei Południowej, wraz z Rho przeprowadził modelowanie właściwości CO.

Nowe obserwacje podkreślają złożone i konkurencyjne procesy powstawania i niszczenia cząsteczek po supernowych. Chociaż cząsteczki CO nie prowadzą bezpośrednio do tworzenia się pyłu, są krytycznymi wskaźnikami procesów chłodzenia i chemicznych, które ostatecznie prowadzą do kondensacji pyłu.

Choć badanie to oferuje nowe perspektywy, debata na temat stopnia, w jakim supernowe przyczyniają się do powstawania pyłu we wczesnym Wszechświecie, trwa nadal. Naukowcy będą nadal badać te zjawiska w ramach przyszłych obserwacji i badań mających na celu rozwikłanie tajemnic kosmicznego pyłu i powstawania cząsteczek.

Wyniki opublikowano w tym tygodniu w czasopiśmie „ Dziennik astrofizyczny jako List.

Odniesienie: „Szokująco jasne, ciepłe cechy molekularne tlenku węgla w pozostałości po supernowej Kasjopei A odkryte przez JWST” J. Rho, S.-H. Park, R. Arendt, M. Matsuura, D. Milisavljevic, T. Temim, I. De Looze, WP Blair, A. Rest, O. Fox, AP Ravi, B.-C. Koo, M. Barlow, A. Burrows, R. Chevalier, G. Clayton, R. Fesen, C. Fransson, C. Fryer, HL Gomez, H.-T. Janka, F. Kirchschlager, JM Laming, S. Orlando, D. Patnaude, G. Pavlov, P. Plucinsky, B. Posselt, F. Priestley, J. Raymond, N. Sartorio, F. Schmidt, P. Slane, N Smith, N. Sravan, J. Vink, K. Weil, J. Wheeler i SC Yoon, 24 czerwca 2024 r., The Listy do dzienników astrofizycznych.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad5186