Композитные изображения наших мозаик NIRCam (вверху) и MIRI (внизу), полученные в рамках нашего исследования JWST Cas A. Поля зрения были слегка обрезаны, и были внесены незначительные исправления, чтобы компенсировать пробелы в охвате. Углы, не отображенные JWST, были заполнены архивными данными Спитцера на сопоставимых длинах волн. Фото: Рентгеновский центр Чандра.
Объединив данные двух телескопов НАСА, астрономы, возможно, разгадали загадку причудливой структуры, обнаруженной в поле обломков взорвавшейся звезды. Их работа раскрыла новые подробности об останках звезды и о самом взрыве.
В этом исследовании остатка хорошо известной сверхновой Кассиопеи А (Cas A) используются данные рентгеновской обсерватории Чандра и космического телескопа Джеймса Уэбба, а также первое изображение Cas A, объединенное с данными обоих телескопов.
Любопытная структура была впервые обнаружена в инфракрасных данных Уэбба за апрель 2023 года. Происхождение этой особенности, получившей название «Зеленый монстр» из-за ее сходства со стеной на левом поле Фенуэй-парка, не было ясно.
Однако, объединив данные Уэбба с рентгеновскими снимками Чандры, исследователи полагают, что они выследили источник Зеленого монстра.
«Мы уже подозревали, что Зеленый монстр был создан взрывной волной от взорвавшейся звезды, врезавшейся в окружающий его материал», — сказал Жакко Винк из Амстердамского университета, который возглавляет работу над Чандрой. «Чандра помогла нам раскрыть дело».
Когда около 340 лет назад массивная звезда взорвалась, образовав Кас А, с точки зрения Земли, она создала шар материи и света, который расширился наружу. Во внешних частях Cas A взрывная волна ударяет по окружающему газу, который был выброшен звездой примерно за 10 000–100 000 лет до взрыва. Это создало благоприятную среду для образования пыли после остывания выброшенного звездного материала.
Данные «Чандры» обнаруживают горячий газ, в основном из обломков сверхновых, включая такие элементы, как кремний и железо, а также из энергичных электронов, вращающихся по спирали вокруг силовых линий магнитного поля во взрывной волне. Эти электроны загораются в виде тонких дуг вблизи взрывной волны, а также появляются в некоторых частях интерьера. Уэбб выделяет инфракрасное излучение пыли, которая нагрета, поскольку она включена в горячий газ, видимый «Чандрой», и гораздо более холодных обломков сверхновых.
Несмотря на эту хаотичную звездную сцену, Зеленый монстр явно выделялся на оригинальном изображении Уэбба. Анализируя данные Чандры об остатке, Винк и его коллеги обнаружили, что нити во внешней части Кас А, образовавшиеся от взрывной волны, близко соответствуют рентгеновским свойствам Зеленого Монстра, включая меньше железа и кремния, чем в обломках сверхновой. . Это подразумевает общее происхождение Зеленого Монстра и взрывной волны.
Данные Чандры также показывают, что весь материал Зеленого Монстра движется к нам, что указывает на то, что он врезается в выброшенный газ звезды на ближней стороне Кас А. Его скорость составляет примерно половину средней скорости взрывной волны, что позволяет предположить, что что плотность материала Зеленого Монстра намного выше, чем средняя плотность материала, окружающего Cas A. Этот результат может помочь восстановить сложную историю потери массы звездой до ее взрыва.
«Мы пришли к выводу, что Зеленый монстр также является частью взрывной волны и фотобомбит центральную часть Каса А, а не является его частью. Затем мы в цифровом виде удалили Зеленого монстра из остальной части изображения, чтобы узнать больше о том, что стоит за ним. это», — сказала Ильза Де Луз из Гентского университета в Бельгии, которая является соавтором исследования Уэбба. «Это похоже на то, как будто нам вручили законченный трехмерный пазл, и мы смогли разобрать его части, чтобы посмотреть, что находится внутри».
Важные особенности Cas A, выявленные в нашем обзоре и обсуждаемые в данной статье. Составное изображение на центральной панели объединяет фильтры NIRCam и MIRI, как указано. Большие прямоугольники, обведенные пунктирными белыми линиями, показывают увеличенные области интереса на окружающих панелях, на которых используются те же фильтры и цветовая схема, за исключением панелей 1b и 6, на которых используются только фильтры NIRCam. Маленькие прямоугольники, обведенные сплошными белыми линиями, показывают положения четырех областей спектроскопии MIRI/MRS IFU. Фото: Рентгеновский центр Чандра.
Обломки звезды видны Чандре, потому что они нагреты до десятков миллионов градусов ударными волнами, сродни звуковым ударам сверхзвукового самолета. Уэбб может увидеть некоторый материал, не подвергшийся воздействию ударных волн, то, что можно назвать «первозданными» обломками. Большая часть этого лежит за Зеленым Монстром. Таким образом, комбинация данных Уэбба и Чандры дает более полную информацию об обломках взорвавшейся звезды.
«Мы составили первую карту нетронутых обломков в форме паутины в центре остатка сверхновой», — сказал Дэн Милисавлевич из Университета Пердью, который возглавляет исследование Уэбба и представил эти результаты на 243-м заседании Американского астрономического общества. Общество в Новом Орлеане. «Никто никогда раньше не видел подобных структур во взорвавшейся звезде».
Чтобы узнать больше о взрыве сверхновой, команда сравнила вид Уэбба нетронутых обломков разрушенной звезды с рентгеновскими картами радиоактивных элементов, которые были созданы в сверхновой. Они использовали данные НАСА NuSTAR (Ядерная спектроскопическая телескопическая матрица) для картирования радиоактивного титана, который все еще виден сегодня, и Chandra для картирования местонахождения радиоактивного никеля путем измерения местоположения железа. Радиоактивный никель распадается с образованием железа.
В этом сравнении выделяются два аспекта. Некоторые волокна нетронутых обломков вблизи центра Кас А, видимые с помощью Уэбба, связаны с железом, которое видно с Чандрой дальше. Радиоактивный титан можно увидеть там, где первичные обломки относительно слабы.
Примеры светового эхо вокруг Cas A. На верхней панели показан увеличенный участок самого большого ИК-эхо, обозначенного на средних панелях как E1. Сравнение нашего изображения NIRCam F356W с архивными наблюдениями Spitzer IRAC (в центре) показывает, что в прошлом излучения не было. Область E2 в рамке выделяет область, где доступны несколько эпох наблюдений MIRI и можно отслеживать временную изменчивость световых эхо; эта область увеличена на двух нижних панелях. На нижней правой панели источники с незначительным собственным движением между 109 днями, разделяющими наблюдения MIRI F770W, отображаются белыми, тогда как световые эхо между первым и вторым наблюдением отображаются красными и бирюзовыми. Фото: Рентгеновский центр Чандра.
Эти сравнения показывают, что радиоактивный материал, видимый в рентгеновских лучах, помог сформировать нетронутые обломки возле центра остатка, видимого Уэббом, образуя полости. Тонкие структуры в нетронутых обломках, скорее всего, образовались, когда внутренние слои звезды были сильно смешаны с горячим радиоактивным веществом, образовавшимся во время коллапса ядра звезды под действием силы тяжести.
«Эти данные исследования Уэбба и первоначальные результаты, поддержанные другими телескопами, такими как Чандра, помогают ответить на нерешенные вопросы о массивных звездных взрывах, которые имеют широкие последствия для формирования и эволюции звездного населения, а также обогащения галактик металлом и пылью», — сказал Теа Темим. из Принстонского университета, который является соавтором исследования Уэбба.
Эти результаты описаны в двух статьях, представленных в Astrophysical Journal Letters: одна под руководством Дэна Милисавлевича посвящена результатам Уэбба (препринт здесь), а другая под руководством Жакко Винка сосредоточена на результатах Чандры (препринт здесь). Соответствующие статьи других членов исследовательской группы также находятся в стадии подготовки.
Информация от: рентгеновским центром Чандра.
