Телескопи “Вебб” та “Чандра” вистежили "зеленого монстра" серед зоряного сміття

Вперше астрономи об′єднали дані рентгенівської обсерваторії Чандра й космічного телескопа Джеймса Вебба для вивчення добре відомого залишку наднової Кассіопеї A (Cas A), та, можливо, розгадали таємницю химерної структури всередині.

Про це розповідається на сайті NASA та на сайті обсерваторії "Чандра", передають OstanniPodii.com.

Вперше дивна структура була ідентифікована в інфрачервоних даних "Вебба" від квітня 2023 року та отримала назву "Зелений монстр". Походження цього об’єкта було незрозумілим, і тепер, об'єднавши дані двох обсерваторій, астрономи вважають, що вони вистежили його походження.

“Ми вже підозрювали, що Зелений монстр був створений вибуховою хвилею від зіткнення зорі, що вибухнула, з матеріалом, що її оточував”, - каже Якко Вінк з Амстердамського університету, який очолює роботу з "Чандрою". “Чандра допомогла нам довести справу до кінця”.

Коли близько 340 років тому вибухнула масивна зоря й утворила "Cas A", з точки зору від Землі, вона створила кулю матерії й світла, яка розширилася назовні. У зовнішніх частинах "Cas A" вибухова хвиля вдаряє по навколишньому газу, який був викинутий зорею приблизно за 10 000-100 000 років до вибуху. Після того, як викинутий зоряний матеріал охолов, це створило сприятливе середовище для формування пилу.

Комбіноване зображення містить рентгенівські промені від "Чандри" (сині), інфрачервоні дані від "Вебба" (червоні, зелені, сині) та оптичні дані від "Габбла" (червоні та білі). Зовнішні частини зображення також містять інфрачервоні дані космічного телескопа НАСА "Спітцер" (червоний, зелений і синій).

Дані "Чандри" показують гарячий газ, в основному із залишків наднової, включаючи такі елементи, як кремній і залізо. У зовнішніх частинах "Cas A" вибухова хвиля, що розширюється, вдаряє по навколишньому газу, який був викинутий зорею перед вибухом. Рентгенівське випромінювання створюється енергійними електронами, що обертаються по спіралі навколо силових ліній магнітного поля у вибуховій хвилі. Ці електрони спалахують у вигляді тонких дуг у зовнішніх областях "Cas A" та в деяких внутрішніх частинах. "Вебб" виділяє інфрачервоне випромінювання від пилу, який нагрівається через те, що він занурений у гарячий газ, який бачить "Чандра", і від значно холодніших уламків наднової. Дані "Габбла" показують зорі в цьому полі.

Кольорове зображення від "Чандри", де червоним показано залізо й магній при низьких енергіях рентгенівського випромінювання, зеленуватим — кремній при проміжних енергіях рентгенівського випромінювання, а синім — рентгенівське випромінювання найвищих енергій, від електронів, що спіралеподібно обертаються навколо магнітних силових ліній поля. На зображенні обведено "Зеленого монстра", а також вказано місця вибухової хвилі та уламків, багатих на кремній і залізо. Credit: NASA/CXC/SAO

Попри цю хаотичну зоряну сцену, "Зелений монстр" чітко виділявся на оригінальному зображенні "Вебба". Аналізуючи дані "Чандри" про зоряні залишки, дослідники виявили, що філаменти в зовнішній частині "Cas A", що утворилися від вибухової хвилі, найкраще відповідають рентгенівським властивостям "Зеленого монстра", включаючи менше заліза та кремнію, ніж в уламках наднової. Це свідчить про спільне походження "Зеленого монстра" й вибухової хвилі.

Дані "Чандри" також показують, що весь матеріал у "Зеленому монстрі" рухається до нас, що вказує на те, що він "вгризається" у викинутий зоряний газ на ближній стороні "Cas A". Його швидкість становить приблизно половину середньої швидкості вибухової хвилі, що свідчить про те, що щільність матеріалу в "Зеленому монстрі" набагато вища, ніж середня щільність матеріалу, що оточує "Cas A". Цей результат, як вважають дослідники, може допомогти реконструювати складну історію втрати маси зорею, перш ніж вона вибухнула.

“Ми дійшли висновку, що Зелений монстр також є частиною вибухової хвилі та фотобомбардує центральну частину Cas A, а не є її частиною. Потім ми видалили Зеленого монстра з решти зображення, щоб дізнатися більше про те, що за ним ховається”, - розповідає Ільза Де Луз з Гентського університету в Бельгії, яка є співдослідницею у роботі з "Веббом". “Це наче нам дали готовий 3D-пазл, і ми змогли вийняти частини, щоб побачити, що знаходиться всередині”.

"Чандра" бачить уламки від зорі тому, що вони нагріті до десятків мільйонів градусів ударними хвилями, схожими на звукові удари від надзвукового літака. "Вебб" може бачити матеріал, який не постраждав від ударних хвиль, те, що можна назвати "незайманими" уламками. Значна частина цього лежить позаду "Зеленого монстра". Таким чином, поєднання даних "Вебба" і "Чандри" дає повнішу картину уламків зорі, що вибухнула.

“Ми створили першу карту павутиноподібних, незайманих уламків у центрі цього залишку наднової”, - каже Ден Мілісавлевич з Університету Пердью, який очолює дослідження на "Веббі" та представив ці результати на 243-му засіданні Американського астрономічного товариства в Новому Орлеані. “Ніхто ніколи раніше не бачив подібних структур у зорі, що вибухнула”.

Щоб дізнатися більше про вибух наднової, команда порівняла зображення незайманих уламків від "Вебба" з рентгенівськими картами радіоактивних елементів, які утворилися під час вибуху наднової. Вони використали дані Ядерного спектроскопічного телескопа (NuSTAR) НАСА, щоб картографувати радіоактивний титан, який можна побачити й сьогодні, а також дані "Чандри", щоб визначити місцеперебування радіоактивного нікелю, вимірявши місцеперебування заліза (радіоактивний нікель розпадається з утворенням заліза).

На зображенні зеленим кольором показано залишки, багаті на залізо (трасування місця знаходження радіоактивного нікелю), синім — радіоактивний титан, помаранчевим і жовтим — незаймані залишки. Credit: NASA/CXC/SAO

У цьому порівнянні виділяються два аспекти. Деякі філаменти незайманих залишків біля центру "Cas A", які бачив "Вебб", пов'язані із залізом, яке "Чандра" бачила далі. Радіоактивний титан видно там, де первісні залишки відносно слабкі.

Ці порівняння дозволяють припустити, що радіоактивний матеріал, який видно в рентгені, допоміг сформувати незаймані уламки біля центру залишку, який видно на "Веббі", утворивши порожнини. Тонкі структури в незайманих уламках, найімовірніше, утворилися, коли внутрішні шари зорі були сильно змішані з гарячою радіоактивною речовиною, що утворилася під час колапсу ядра зорі під дією гравітації.

“Ці дані дослідження Вебба та початкові висновки, підтверджені іншими телескопами, такими як Чандра, допомагають розв’язати невирішені питання про масивні зоряні вибухи, які мають широке значення для формування й еволюції зоряних популяцій, а також збагачення галактик металами й пилом”, - сказала Теа Темім з Принстонського університету, яка є співдослідницею у роботі з "Веббом".

Результати подані на публікацію до Astrophysical Journal Letters у двох статтях, одна з яких зосереджена на отриманих висновках від даних "Вебба", друга — "Чандри".

OstanniPodii.com