Webb виявив складні структури в молодій надновій Кассіопеї А

Спостереження за наймолодшою надновою в Чумацькому Шляху з колапсом ядра дають змогу зрозуміти умови, які призводять до утворення та руйнування молекул і пилу в межах викиду наднової.

Інститут SETI оголосив про останні висновки космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) щодо залишку наднової, Кассіопеї А (Cas A). Ці спостереження наймолодшої з відомих колапсованих наднових у Чумацькому Шляху дають змогу зрозуміти умови, які призводять до утворення та руйнування молекул і пилу в межах викидів наднових. Результати дослідження змінюють наше розуміння утворення пилу в ранньому Всесвіті в галактиках, виявлених JWST через 300 мільйонів років після Великого вибуху.

Дослідники вважають наднові, такі як ті, що сформували Cas A, життєво важливими джерелами пилу, який можна побачити у далеких галактиках із високим червоним зсувом. Ці нові ідеї кидають виклик переконанням, що пил в основному походить від зірок середньої маси на асимптотичній гілці гігантів (AGB) у сучасних галактиках.«Чудово бачити, наскільки яскраве випромінювання оксиду вуглецю, виявлене за допомогою зображень JWST NIR та спектроскопії, що демонструє кілька десятків синусоїдальних візерунків основних коливальних ліній CO», — сказав д-р Чонхі Ро, старший науковий співробітник Інституту SETI, який керував цим. дослідження. «Візерунки виглядають так, ніби вони були створені штучно».

Основні висновки включають:

Молекулярне утворення CO: дані показують більше газу CO у зовнішніх шарах, ніж газу аргону, що означає, що молекули CO утворюються знову після зворотного удару. Ці дані важливі для розуміння того, як відбувається охолодження та утворення пилу після вибуху наднової. Зображення вказують на те, що молекули CO реформуються за ударом і, можливо, захистили пил у викиді.
Детальна спектроскопія: спектри NIRSpec-IFU двох значущих областей у Cas A демонструють відмінності у тому, як утворилися елементи. Обидва регіони мають сильні сигнали газу CO та різні іонізовані елементи, як-от аргон, кремній, кальцій і магній. Фундаментальні лінії СО — це кілька десятків синусоїдальних структур основних коливальних ліній СО з континуумом під ними через високу швидкість молекул СО.
Температурні дані: дослідження показує, що температура становить близько 1080 K, виходячи з викидів CO2. Це допомагає нам зрозуміти, як пил, молекули та високоіонізований газ взаємодіють у наднових. Однак автори також знаходять вібраційні лінії в лініях з великим обертанням (J=90), ознаки яких проявляються між 4,3-4,4 мкм. Ці лінії вказують на наявність більш високої (4800 К) температурної складової, що означає утворення та реформування CO одночасно. CO з таких високих рівнів обертання вперше видно в Cas A за допомогою нової спектроскопії JWST.
Наднові, такі як Cas A, розташовані на відстані 11 000 світлових років від нас, є вибухами, які відбуваються, коли зірка великої маси закінчує своє життя приблизно 350 років тому. Внутрішня частина зірки, яка називається колапсною надновою, колапсує всередину під дією гравітації, коли ядерне паливо, яке живило зірку, вичерпується. Відскок цього колапсу розносить зовнішню оболонку зірки в космос у результаті вибуху, який може затьмарити цілу галактику.

«Побачити такий гарячий вуглекислий газ у молодому залишку наднової — це справді чудово, і це вказує на те, що утворення вуглекислого газу все ще відбувається через сотні років після вибуху», — сказав Кріс Ешалл, доцент Технічного університету Вірджинії. «Поєднання таких вражаючих наборів даних із попередніми спостереженнями JWST наднових дозволить нам зрозуміти шлях до молекул і утворення пилу таким чином, який раніше був неможливим».

Інноваційні зображення та спектроскопія

Спостереження використовували камеру ближнього інфрачервоного діапазону JWST (NIRCam) і інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI), а також детальну спектроскопію ближнього інфрачервоного спектрографа (NIRSpec) з інтегральними польовими одиницями (IFU). Команда відобразила складні структури синхротронного випромінювання (світло, що випромінюється, коли заряджені частинки, як-от електрони, розганяються до високих швидкостей у сильних магнітних полях), насичених аргоном викидів і молекул монооксиду вуглецю (CO) у Cas A. Зображення показують дуже деталізовані та складні візерунки оболонок, отворів і ниток, що підкреслює потужність JWST.Сон Хюн Пак, аспірант Сеульського національного університету в Південній Кореї, виконував моделювання властивостей CO разом з Ро.

Нові спостереження підкреслюють складні та конкуруючі процеси утворення та руйнування молекул наднових. Хоча молекули СО не призводять безпосередньо до утворення пилу, вони є критичними індикаторами охолодження та хімічних процесів, які зрештою призводять до конденсації пилу.

Незважаючи на те, що це дослідження пропонує нові перспективи, тривають дебати щодо того, якою мірою наднові зірки сприяли утворенню пилу в ранньому Всесвіті. Дослідники продовжуватимуть досліджувати ці явища з майбутніми спостереженнями та дослідженнями, щоб розгадати таємниці космічного пилу та формування молекул.