Эта мерцающая космическая завеса показывает межзвездный газ и пыль, нагретые от взрыва сверхновой, произошедшей в далеком прошлом. Затем газ излучает инфракрасный свет в виде так называемого теплового светового эха. Поскольку свет сверхновой движется в пространстве со скоростью света, кажется, что эхо расширяется. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба наблюдал это световое эхо вблизи остатка сверхновой Кассиопеи А. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дж. Дженксон (Калифорнийский технологический институт/IPAC)
Однажды ядро массивной звезды рухнуло, создав ударную волну, которая выстрелила наружу, разорвав звезду на части. Когда ударная волна достигла поверхности звезды, она проникла в нее и создала короткий интенсивный импульс рентгеновских лучей и ультрафиолетового света, который распространился в окружающее пространство. Примерно 350 лет спустя этот световой импульс достиг межзвездного материала, осветив его, нагрев и заставив светиться в инфракрасном свете.
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба наблюдал этот инфракрасный свет, обнаруживая мелкие детали, похожие на сучки и завитки древесных волокон. Эти наблюдения позволяют астрономам впервые составить карту истинной трехмерной структуры межзвездной пыли и газа (известной как межзвездная среда).
«Мы были весьма шокированы, увидев такой уровень детализации», — сказал Джейкоб Дженксон из Калифорнийского технологического института/IPAC в Пасадене, главный исследователь научной программы.
«Мы видим слои, как луковицу», — добавил Джош Пик из Научного института космического телескопа в Балтиморе, член научной группы. «Мы считаем, что каждый густой, пыльный регион, который мы видим, и большинство тех, которые мы не видим, выглядит изнутри именно так. Нам просто никогда раньше не удавалось заглянуть ей внутрь.
Эти мерцающие космические завесы демонстрируют межзвездный газ и пыль, нагретые взрывом давней сверхновой. Затем газ излучает инфракрасный свет в виде так называемого теплового светового эха. Поскольку свет сверхновой движется в пространстве со скоростью света, кажется, что эхо расширяется. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба трижды наблюдал это световое эхо вблизи остатка сверхновой Кассиопеи А, по сути создав 3D-сканирование межзвездного материала. Обратите внимание, что поле зрения в верхнем ряду слегка повернуто по часовой стрелке по сравнению со средним и нижним рядами из-за угла поворота телескопа Уэбба в момент наблюдений. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дж. Дженксон (Калифорнийский технологический институт/IPAC)
Команда представит свои результаты на пресс-конференции на 245-м собрании Американского астрономического общества в Вашингтоне.
«Даже когда звезда умирает, ее свет остается — он эхом разносится по космосу. Прошло необыкновенных три года с тех пор, как мы запустили космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба. Каждое изображение, каждое открытие демонстрирует не только величие Вселенной, но и силу команды НАСА и перспективы международного партнерства». Эта новаторская миссия, крупнейшее международное сотрудничество НАСА в области исследования космоса, является истинным свидетельством изобретательности НАСА, командной работы и стремления к «совершенству», сказал администратор НАСА Билл Нельсон.
«Какая честь для меня было наблюдать за этим монументальным проектом, отмеченным неустанными усилиями тысяч ученых и инженеров по всему миру. Это последнее изображение прекрасно отражает непреходящее наследие Уэбба – замочную скважину в прошлое и миссию, которая вдохновит будущие поколения».
Получить компьютерную томографию
Изображения, полученные с помощью NIRCam (камеры ближнего инфракрасного диапазона) Уэбба, иллюстрируют явление, известное как световое эхо. Когда звезда взрывается или извергается, она создает световое эхо, которое освещает окружающие комки пыли, заставляя их светиться постоянно растущим узором. Световое эхо в видимом диапазоне волн (например, наблюдаемое вокруг звезды V838 Единорога) возникает из-за отражения света от межзвездного материала. Напротив, световое эхо в инфракрасном диапазоне длин волн возникает, когда пыль нагревается высокоэнергетическим излучением и затем светится.
Исследователи нацелились на световое эхо, ранее наблюдавшееся выведенным из эксплуатации космическим телескопом НАСА «Спитцер». Это одно из десятков световых эхо, наблюдаемых вблизи остатка сверхновой Кассиопеи А — остатков взорвавшейся звезды. Световое эхо исходит от несвязанного материала, расположенного за Кассиопеей А, а не от материала, выброшенного при взрыве звезды.
Это фоновое изображение региона, окружающего остаток сверхновой Кассиопея А, было получено космическим телескопом НАСА «Спитцер» в 2008 году. Сделав несколько изображений этого региона с помощью Спитцера за трехлетний период, исследователи смогли изучить серию световых эхо. Теперь космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба получил изображения некоторых из этих световых эхо гораздо более подробно. На вставках справа внизу показана эпоха наблюдений Уэбба, а на вставке слева показано изображение Уэбба центрального остатка сверхновой, выпущенного в 2023 году. Изображение предоставлено: Spitzer. Изображение: NASA/JPL-Caltech/Y. Ким (Университет Аризоны/Университет Чикаго). Кассиопея A. Врезка: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дэнни Милисавлевич (Университет Пердью), Ильза Де Луз (УГент), Теа Темим (Принстонский университет). Вставка светового эха: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дж. Дженксон (Калифорнийский технологический институт/IPAC)
Наиболее очевидными особенностями изображений Уэбба являются плотно упакованные листья. Эти нити демонстрируют структуры в удивительно малых масштабах — около 400 астрономических единиц, или менее одной сотой светового года. (Астрономическая единица, или а.е., — это среднее расстояние от Земли до Солнца. Орбита Нептуна имеет диаметр 60 а.е.).
«Мы не знали, что межзвездная среда имеет структуры такого маленького масштаба, не говоря уже о том, что она имеет пластинчатую форму», — сказал Пик.
На эти листообразные структуры могут влиять межзвездные магнитные поля. На изображениях также видны плотные, плотно намотанные участки, напоминающие сучки в текстуре древесины. Это могут быть магнитные «островки», встроенные в более обтекаемые магнитные поля, пронизывающие межзвездную среду.
«Это астрономический эквивалент медицинской компьютерной томографии», — объяснил Армин Рест из Научного института космического телескопа, член научной группы. «Мы сделали три разреза в три разных момента времени, что позволит нам изучить истинную трехмерную структуру. Это полностью изменит способ изучения межзвездной среды».
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и ключевых результатах исследований.
Будущая работа
Научная программа команды также включает спектроскопические наблюдения с помощью MIRI Уэбба (прибор среднего инфракрасного диапазона). Они планируют нацеливаться на световое эхо несколько раз с интервалом в недели или месяцы, чтобы наблюдать, как оно развивается по мере прохождения светового эха.
«Мы можем наблюдать одно и то же пятно пыли до, во время и после освещения эхом и пытаться искать изменения в составе или состоянии молекул, в том числе разрушаются ли некоторые молекулы или даже мельчайшие пылинки», — сказал Дженксон.
Эхо инфракрасного света также крайне редко, поскольку для него требуется особый тип взрыва сверхновой с коротким импульсом высокоэнергетического излучения. Предстоящий римский космический телескоп НАСА Нэнси Грейс проведет исследование галактической плоскости и, возможно, обнаружит доказательства дополнительных отражений инфракрасного света, которые Уэбб сможет детально изучить.
