Телескопы НАСА преследуют «зеленого монстра» в обломках звезды

Собрав данные с двух телескопов НАСА, астрономы, возможно, разгадали тайну странной структуры, обнаруженной в поле обломков взорвавшейся звезды. Их работа раскрыла новые подробности об останках звезды и о самом взрыве.

В исследовании остатка знаменитой сверхновой Кассиопеи А (Cas A) используются данные рентгеновской обсерватории Чандра и космического телескопа Джеймса Уэбба, а также первое изображение Cas A, объединяющее данные обоих телескопов.

Странная структура была впервые обнаружена в инфракрасных данных Уэбба за апрель 2023 года. Происхождение объекта, получившего название «Зеленый монстр» из-за его 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, столкнувшейся с материалом вокруг нее», — сказал Жако Финк из Амстердамского университета, который возглавляет работу Чандры. «Чандра помогла нам закрыть 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 Кас А взрывная волна поражает окружающий газ, который звезда выбросила примерно за 10 000–100 000 лет до взрыва. Это создало благоприятную среду для образования пыли после остывания выброшенного звездного материала.

Данные Чандры показывают 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 тонкими дугами вблизи взрывной волны, а также видны в некоторых частях интерьера. Уэбб выделяет инфракрасное излучение пыли, которая нагревается, потому что она встроена в горячую газовую пилу «Чандра», и более холодных обломков сверхновых.

Несмотря на этот хаотичный звездный пейзаж, зеленый монстр отчетливо выделялся на оригинальном изображении Уэбба. Анализируя данные Чандры об остатке, Финк и его коллеги обнаружили, что нити на внешней стороне Кас А, созданные взрывной волной, близко соответствуют рентгеновским свойствам зеленого монстра, включая меньше железа и кремния, чем обломки сверхновой. . Это означало, что у зеленого монстра и взрывной волны было общее происхождение.

Данные Чандры также показывают, что весь материал зеленого монстра движется к нам, что позволяет предположить, что он сталкивается с газом, выброшенным звездой на ближней стороне Кас А. Его скорость составляет примерно половину средней скорости взрывной волны. , что указывает на то, что плотность материала зеленого монстра намного выше, чем средняя плотность материала, окружающего Cas A. Этот результат может помочь восстановить сложную историю массы, которую звезда потеряла перед взрывом.

«Мы пришли к выводу, что зеленый монстр также является частью взрывной волны и взрывает центральную часть Каса А, а не является ее частью. Затем мы в цифровом виде удалили зеленого монстра из остальной части изображения, чтобы узнать больше о том, что это такое. за этим стоит», — сказала Элси де Луз из Гентского университета. В Бельгии она является соавтором исследования Уэбба: «Это как если бы нам дали законченный 3D-пазл, и мы могли вычленить из него части, чтобы увидеть, что за этим стоит». внутри.»

Чандра видит обломки звезды, потому что она нагревается до десятков миллионов градусов ударными волнами, похожими на звуковой удар сверхзвукового самолета. Уэбб может видеть некоторый материал, на который не повлияли ударные волны, то, что можно назвать «нетронутыми» обломками. Многое из этого скрывается за зеленым монстром. Таким образом, объединение данных Уэбба и Чандры дает более полный подсчет обломков, образовавшихся в результате взрыва звезды.

«Мы создали первую карту исходного мусора в центре остатка сверхновой в форме сетки», — сказал Дэн Милисавлевич из Университета Пердью, который возглавляет исследование Уэбба и представил эти результаты на 243-м заседании Американского астрономического общества. Сообщество в Новом Орлеане. «Никто никогда раньше не видел подобных структур во взрывающейся звезде».

Чтобы узнать больше о взрыве сверхновой, команда сравнила вид Уэбба обломков разрушенной звезды с рентгеновскими картами радиоактивных элементов, образовавшихся 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 выявились два аспекта. Некоторые нетронутые обломки вблизи центра Каса А, видимые Уэббом, связаны с железом, видимым Чандрой дальше. Радиоактивный титан можно увидеть там, где первичные обломки относительно слабы.

Эти сравнения позволяют предположить, что радиоактивный материал, видимый в рентгеновских лучах, помог сформировать первоначальные обломки вблизи центра останков, увиденных Уэббом, что привело к образованию полостей. Крошечные структуры в нетронутых обломках, вероятно, образовались, когда внутренние слои звезды сильно смешались с горячим радиоактивным материалом, образовавшимся при коллапсе ядра звезды под действием силы тяжести.

«Эти данные исследования Уэбба и предварительные результаты, поддержанные другими телескопами, такими как Чандра, помогают ответить на нерешенные вопросы о массивных звездных вспышках, которые оказывают широкомасштабное влияние на формирование и эволюцию звездных скоплений, а также на обогащение галактик металлами и пылью», — сказал Те Тимим. из Принстонского университета и является соавтором исследования Уэбба.

Эти результаты описаны в двух статьях, представленных Письма в астрофизическом журналеодин под руководством Дэна Милисавевича сосредоточился на веб-результатах (Препринт здесь) Другой, возглавляемый Жако Финком, сосредоточился на результатах Чандры (Препринт здесь). Соответствующие документы, подготовленные другими членами исследовательской группы, также находятся в стадии подготовки.