Webb ujawnił nowe struktury w słynnej supernowej SN1987A

Teleskop Webba sfotografował supernową SN 1987A, która wybuchła w odległości około 168 tysięcy l.św. w Wielkim Obłoku Magellana. Na tym zdjęciu w bliskiej podczerwieni po raz pierwszy zauważono struktury w kształcie sierpa lub półksiężyca, które być może pozwolą poznać ewolucję w czasie tych pozostałości po wybuchu supernowej.

W tym roku astronomowie rozpoczęli badania jednej z najsłynniejszych supernowych SN 1987A, wykorzystując potężne możliwości Teleskopu Webba. Od odkrycia w lutym 1987 roku, przez prawie 40 lat SN 1987A była celem intensywnych obserwacji w całym zakresie widma – od najbardziej energetycznego promieniowania gamma, aż do fal radiowych. Najnowsze obserwacje z użyciem kamery NIRCam zapewniają istotne dane do zrozumienia jak ewoluuje supernowa i zmieniają się jej pozostałości.

W centralnej części zdjęcia materia wyrzucona z supernowej utworzyła coś na kształt dziurki od klucza (patrz ilustracja poniżej → keyhole). Ten obszar jest wypełniony zgęstkami gazu i pyłu, które zostały wyrzucone podczas wybuchu supernowej. Pył jest tak gęsty – nawet w podczerwieni, że kamera NIRCam w Teleskopie Webba nie może sfotografować wnętrza tej ciemnej „dziurki”.

Tą dziurkę od klucza otacza jasny pierścień równikowy (patrz ilustracja poniżej → equatorial ring), który łączy się z dwoma słabymi pierścieniami zewnętrznymi (patrz ilustracja poniżej→ outer ring), tworząc kształt klepsydry. Pierścień równikowy powstał z materii wyrzuconej dziesiątki tysięcy lat przed wybuchem supernowej i zawiera jasne, gorące plamy, które stopniowo „zapalały się”, gdy fala uderzeniowa supernowej przechodziła przez ten pierścień (szczegóły → film ze zdjęciami z Teleskopu Hubble’a z lat 1994-2003). Obecnie plamy świetlne można znaleźć nawet poza tym pierścieniem w postaci emisji rozproszonego światła, które go otaczają. Są to miejsca, w których fala uderzeniowa supernowej zderzyła się z materią na zewnątrz pierścienia.

Ww. struktury były obserwowane przez teleskopy Hubble’a, Spitzera i Chandra, ale dopiero bezkonkurencyjna czułość i rozdzielczość Teleskopu Webba sprawiły, że odkryto nową cechę charakterystyczną – drobne struktury w kształcie sierpa lub półksiężyca (patrz ilustracja poniżej → crescent). Uważa się, że te „sierpy” są częścią zewnętrznych warstw gazu, które zostały wyrzucone podczas wybuchu supernowej. Ich jasność może być wskaźnikiem pojaśnienia brzegowego, czyli zjawiska optycznego, które jest rezultatem obserwacji w trzech wymiarach przestrzennych rozszerzającej się materii. Innymi słowy – z powodu kierunku naszych obserwacji wydaje się, że oba „sierpy” zawierają więcej materii niż może być jej tam faktycznie.

Warto podkreślić wysoką rozdzielczość zdjęć. Przed Teleskopem Webba, tą supernową obserwował w podczerwieni Kosmiczny Teleskop Spitzera, w latach swojej działalności (2003-2020 r.). Jednak do tej pory nie były możliwe obserwacje SN 1987A z rozdzielczością, jak Webb.

Pomimo dziesiątek lat badań od wybuchu w 1987 roku, supernowa skrywa wiele tajemnic – chociażby tajemnicę gwiazdy neutronowej, która powinna powstać sekundy po kolapsie jądra gwiazdy – progenitora (okazał się nim niebieski nadolbrzym Sanduleak -69° 202). Podobnie jak Teleskop Spitzera, Webb będzie kontynuował obserwacje SN 1987A jeszcze przez wiele lat. Znajdujące się na jego pokładzie instrumenty, takie jak np. spektrograf NIRSpec i MIRI, pozwolą uchwycić z dużą dokładnością zmiany w czasie właśnie odkrytych struktur podobnych do „sierpa”. Poza tym dalej będzie kontynuowana współpraca pomiędzy zespołami pracującymi z Teleskopem Webba oraz teleskopami Hubble’a, Chandra i innymi instrumentami, aby zbadać przeszłość i przyszłość tej legendarnej supernowej.

Na ilustracji: Obraz supernowej SN 1987A sfotografowany za pomocą Teleskopu Webba i kamery NIRCam w bliskiej podczerwieni, na którym oznaczono główne struktury, kierunki na niebie N-E i skala odpowiadająca 1,5 l.św. w odległości SN 1987A. Tutaj kolor niebieski odpowiada fotonom o długości fali 1,5 μm (filtr:F150W), kolor niebieskozielony – 1,64 i 2,0 μm (F164N, F200W), żółty - 3.23 μm (F323N), pomarańczowy – 4,05 μm (F405N) i czerwony – 4,44 μm (F444W).
W centrum zdjęcia widać, że materia wyrzucona z supernowej utworzyła coś na kształt dziurki od klucza (patrz → keyhole), po obu stronach której znajdują się słabe struktury w kształcie sierpa (patrz → crescent). Te ostatnie zostały zaobserwowane po raz pierwszy przez Teleskop Webba. Dalej widać pierścień równikowy (patrz → equatorial ring) - pełen jasnych i gorących plam, który powstał jeszcze wcześniej, bo dziesiątki tysięcy lat przed wybuchem tej supernowej. Całość otaczają emisje rozproszonego światła i dwa słabe, zewnętrzne pierścienie (patrz → outer ring).
Źródło: NASA, ESA, CSA, Mikako Matsuura (Cardiff University), Richard Arendt (NASA-GSFC, UMBC), Claes Fransson (Stockholm University), Josefin Larsson (KTH), Alyssa Pagan (STScI)

Na ilustracji: Zdjęcie supernowej SN 1987A sfotografowane za pomocą Teleskopu Webba i kamery NIRCam w bliskiej podczerwieni (długości fali: 1,5 – 4,44 μm). Źródło: NASA, ESA, CSA, Mikako Matsuura (Cardiff University), Richard Arendt (NASA-GSFC, UMBC), Claes Fransson (Stockholm University), Josefin Larsson (KTH), Alyssa Pagan (STScI)