Телескопы "Уэбб" и "Чандра" выследили "зеленого монстра" среди звездного мусора

Впервые астрономы объединили данные рентгеновской обсерватории Чандра и космического телескопа Джеймса Уэбба для изучения хорошо известного остатка сверхновой Кассиопеи A (Cas A), и, возможно, разгадали тайну причудливой структуры внутри.

Об этом рассказывается на сайте NASA и на сайте обсерватории "Чандра", передают OstanniPodii.com.

Впервые странная структура была идентифицирована в инфракрасных данных "Уэбба" от апреля 2023 года и получила название "Зеленый монстр". Происхождение этого объекта было непонятным, и теперь, объединив данные двух обсерваторий, астрономы считают, что они выследили его происхождение.

«Мы уже подозревали, что Зеленый монстр был создан взрывной волной от столкновения взорвавшейся звезды с окружающим ее материалом», - говорит Якко Винк из Амстердамского университета, возглавляющий работу с "Чандрой". «Чандра помогла нам довести дело до конца».

Когда около 340 лет назад взорвалась массивная звезда и образовала "Cas A", с точки зрения от 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. После того, как выброшенный звездный материал остыл, это создало благоприятную среду для формирования пыли.

Комбинированное изображение содержит рентгеновские лучи от "Чандры" (синие), инфракрасные данные от "Уэбба" (красные, зеленые, синие) и оптические данные от "Хаббла" (красные и белые). Внешние части изображения также содержат инфракрасные данные космического телескопа НАСА "Спитцер" (красный, зеленый и синий). X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/ESA/STScI; IR: NASA/ESA/CSA/STScI/Milisavljevic et al., NASA/JPL/CalTech; Image Processing: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt and K. Arcand

Данные "Чандры" показывают горячий газ, в основном из остатков сверхновой, включая такие элементы, как кремний и железо. Во внешних частях "Cas A" расширяющаяся взрывная волна ударяет по окружающему газу, который был выброшен звездой перед взрывом. Рентгеновское излучение создается энергичными электронами, вращающимися по спирали вокруг силовых линий магнитного поля во взрывной волне. Эти электроны вспыхивают в виде тонких дуг во внешних областях "Cas A" и в некоторых внутренних частях. "Уэбб" выделяет инфракрасное излучение от пыли, которая нагревается из-за того, что погружена в горячий газ, который видит "Чандра", и от значительно более холодных обломков сверхновой. Данные "Хаббла" показывают звезды в этом поле.

Цветное изображение от "Чандры", где красным показано железо и магний при низких энергиях рентгеновского излучения, зеленоватым — кремний при промежуточных энергиях рентгеновского излучения, а синим — рентгеновское излучение самых высоких энергий, от электронов, спиралевидно вращающихся вокруг магнитных силовых линий поля. На изображении обведен "Зеленый монстр", а также указаны места взрывной волны и обломков, богатых кремнием и железом. Credit: NASA/CXC/SAO

Несмотря на эту хаотичную звездную сцену, "Зеленый монстр" четко выделялся на оригинальном изображении "Уэбба". Анализируя данные "Чандры" о звездных остатках, исследователи обнаружили, что филаменты во внешней части "Cas A", образовавшиеся от взрывной волны, лучше всего соответствуют рентгеновским свойствам "Зеленого монстра", включая меньше железа и кремния, чем в обломках сверхновой. Это свидетельствует об общем происхождении "Зеленого монстра" и взрывной волны.

Данные "Чандры" также показывают, что весь материал в "Зеленом монстре" движется к нам, что указывает на то, что он "вгрызается" в выброшенный звездный газ на ближней стороне "Cas A". Его скорость составляет примерно половину средней скорости взрывной волны, что свидетельствует о том, что плотность материала в "Зеленом монстре" намного выше, чем средняя плотность материала, окружающего "Cas A". Этот результат, как считают исследователи, может помочь реконструировать сложную историю потери массы звездой, прежде чем она взорвалась.

«Мы пришли к выводу, что Зеленый монстр также является частью взрывной волны и фотобомбардирует центральную часть Cas A, а не является ее частью. Затем мы удалили Зеленого монстра из остального изображения, чтобы узнать больше о том, что за ним скрывается», - рассказывает Ильза Де Луз из Гентского университета в Бельгии, которая является соисследователем в работе с "Уэббом". «Это как будто нам дали готовый 3D-пазл, и мы смогли вынуть части, чтобы увидеть, что находится внутри».

"Чандра" видит обломки от звезды потому, что они нагреты до десятков миллионов градусов ударными волнами, похожими на звуковые удары от сверхзвукового самолета. "Уэбб" может видеть материал, который не пострадал от ударных волн, то, что можно назвать "нетронутыми" обломками. Значительная часть этого лежит позади "Зеленого монстра". Таким образом, сочетание данных "Уэбба" и "Чандры" дает более полную картину обломков взорвавшейся звезды.

«Мы создали первую карту паутинообразных, нетронутых обломков в центре этого остатка сверхновой», - говорит Дэн Милисавлевич из Университета Пердью, который возглавляет исследования на "Уэббе" и представил эти результаты на 243-м заседании Американского астрономического общества в Новом Орлеане. «Никто никогда раньше не видел подобных структур у взорвавшейся звезды».

Чтобы узнать больше о взрыве сверхновой, команда сравнила изображения нетронутых обломков от "Уэбба" с рентгеновскими картами радиоактивных элементов, которые образовались при взрыве сверхновой. Они использовали данные Ядерного спектроскопического телескопа (NuSTAR) НАСА, чтобы картографировать радиоактивный титан, который можно увидеть и сегодня, а также данные "Чандры", чтобы определить местонахождение радиоактивного никеля, измерив местонахождение железа (радиоактивный никель распадается с образованием железа).

На изображении зеленым цветом показаны остатки, богатые железом (трассировка места нахождения радиоактивного никеля), синим — радиоактивный титан, оранжевым и желтым — нетронутые остатки. Credit: NASA/CXC/SAO

В этом сравнении выделяются два аспекта. Некоторые филаменты нетронутых остатков возле центра "Cas A", которые видел "Уэбб", связаны с железом, которое "Чандра" видела дальше. Радиоактивный титан виден там, где первоначальные остатки относительно слабые.

Эти сравнения позволяют предположить, что радиоактивный материал, который виден в рентгене, помог сформировать нетронутые обломки возле центра остатка, который виден на "Уэббе", образовав полости. Тонкие структуры в нетронутых обломках, вероятнее всего, образовались, когда внутренние слои звезды были сильно смешаны с горячим радиоактивным веществом, образовавшимся во время коллапса ядра звезды под действием гравитации.

«Эти данные исследования Уэбба и первоначальные выводы, подтвержденные другими телескопами, такими как Чандра, помогают решить нерешенные вопросы о массивных звездных взрывах, которые имеют широкое значение для формирования и эволюции звездных популяций, а также обогащения галактик металлами и пылью», - сказала Теа Темим из Принстонского университета, которая является соисследователем в работе с "Уэббом".

Результаты представлены на публикацию в Astrophysical Journal Letters в двух статьях, одна из которых сосредоточена на полученных выводах от данных "Уэбба", вторая — "Чандры".

OstanniPodii.com