To odkrycie jest bardzo ważne, ponieważ sugeruje, że supernowe są prawdopodobnym źródłem pyłu we wczesnym Wszechświecie. W dzisiejszych czasach również gwiazdy podobne do Słońca u schyłku życia (astronomowie nazywają to „asymptotyczną gałęzią olbrzymów”) wytwarzają mnóstwo pyłu międzygwiazdowego, ale gdy Wszechświat nie miał jeszcze miliarda lat (z>6), to progenitorzy takich gwiazd jeszcze nie zdążyli wyewoluować poza ciąg główny.
Obserwacje za pomocą Teleskopu Webba z kamerą MIRI dwóch supernowych w Galaktyce Fajerwerk (NGC 6946) około 18 i 5 lat po wybuchu (SN 2004et i SN 2017eaw), ujawniły dużą masę pyłu wyrzuconego z każdego z tych obiektów odpowiednio > 0,014 Mʘ i > 0,0004 Mʘ. Do tej pory najwięcej pyłu w średniej podczerwieni (zakres obserwacyjny kamery MIRI) dla supernowych spoza Drogi Mlecznej zaobserwowano dla słynnej SN 1987A oraz teraz dla SN 2004et. Te obserwacje rozszerzają trend empiryczny, że im później od wybuchu obserwujemy supernową typu II-P, to tym większa jest masa pyłu. Okazuje się, że pył w supernowej SN 2004et nadal jest nieprzeźroczysty (∼6500 dni po wybuchu) – co może oznaczać, że w przyszłości zmierzymy jeszcze większą masę tego pyłu w miarę, jak pozostałości po wybuchu SN 2004et nadal będą ekspandowały. W.w. rosnący trend sugeruje, że będziemy w stanie zarejestrować masę pyłu nawet większą od jednej masy Słońca (> 1 Mʘ) dla supernowych pozagalaktycznych, ale powyżej 10 tysięcy dni (> 27 lat) od wybuchu. Może to wystarczyć, aby wytłumaczyć obecność pyłu we wczesnym Wszechświecie (o ile ten pył przetrwa wsteczną falę uderzeniową po wybuchu supernowej?).
Pył jest budulcem wielu obiektów we Wszechświecie – w szczególności planet. W miarę jak pył pochodzący od umierających gwiazd rozprasza się w przestrzeni kosmicznej, to również roznosi on podstawowe pierwiastki potrzebne do powstania kolejnego pokolenia gwiazd i planet. Pochodzenie tego pyłu stanowiło przez dziesięciolecia dla astronomów zagadkę. Jednym z istotnych źródeł pyłu kosmicznego mogły być wybuchy supernowych, po których następuje gwałtowne rozszerzanie się gorącej materii gazowej i stopniowe wychładzanie, aż to powstania pyłu.
Poprzedni, bezpośredni dowód dotyczył obserwacji pyłu ponad 10 lat temu tylko wokół jednej supernowej SN 1987A za pomocą interferometru radiowego ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). SN 1987A wybuchła w odległości około 170 tysięcy l.św. od nas w Wielkim Obłoku Magellana.
Natomiast znacznie czulszy Teleskop Webba z pomocą kamery MIRI (Mid-Infrared Instrument) zaobserwował w podczerwieni pył wokół dwóch supernowych SN 2004et i SN 2017eaw w Galaktyce Fajerwerk (NGC 6946) odległej aż około 22 miliony l.św.
Interesującym wynikiem jest nie tylko to, że odkryto pył wokół obu supernowych w Galaktyce Fajerwerk, ale również masa samego pyłu w tak wczesnej fazie wybuchu. Dla supernowej SN 2004et astronomowie wyznaczyli masę pyłu na więcej niż 5 tysięcy mas Ziemi (> 0,014 Mʘ). To jest największa wyznaczona masa pyłu w pozostałościach po wybuchu supernowej od czasu SN 1987A. Detekcja pyłu wokół SN 2004et jest szczególnie intrygująca, ponieważ jej wybuch nastąpił znacznie później – 17 lat po SN 1987A.
Obecność znacznych ilości pyłu w tak wczesnej fazie wokół pozostałości po wybuchach supernowych SN 2004et i SN 2017eaw wspiera hipotezę, że supernowe są istotnymi swego rodzaju „fabrykami” produkującymi pył. Astronomowie zaobserwowali dużo pyłu w młodych i dalekich galaktykach. Ale okazuje się, że te galaktyki nie są wystarczająco zaawansowane wiekowo, aby gwiazdy o średnich masach, podobne do naszego Słońca, mogły wyprodukować pył w późnym okresie ich życia, który astronomowie nazywają asymptotyczną gałęzią olbrzymów na diagramie Hertzsprunga-Russella. Natomiast gwiazdy masywne żyją krótko (nie miliardy, ale miliony lat) i ich „śmierć” w postaci dużej liczby supernowych mogłaby wytworzyć wystarczającą ilość pyłu kosmicznego w takich galaktykach.
Astronomowie potwierdzili więc, że supernowe produkują pył. Ale pojawia się problem związany z przejściem wstecznej fali uderzeniowej już po wybuchu – ile pyłu przetrwa to zjawisko? Masa pyłu zaobserwowanego na tym etapie ewolucji supernowych SN 2004et i SN 2017eaw sugeruje, że ten pył może przetrwać wsteczną falę uderzeniową.
Naukowcy zauważyli również, że obecne szacunki masy pyłu mogą być tylko wierzchołkiem góry lodowej. Teleskop Webba pozwolił badaczom odkryć w średniej podczerwieni pył chłodniejszy niż kiedykolwiek przedtem. Ale może istnieć trudny do detekcji, jeszcze chłodniejszy pył emitujący fotony w dłuższym zakresie widma promieniowania elektromagnetycznego, który pozostaje przesłonięty przez najbardziej zewnętrzne warstwy pyłu.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba otworzył nowe horyzonty do zrozumienia pochodzenia i produkcji pyłu kosmicznego. Obserwacje supernowych SN 2004et i SN 2017eaw potwierdziły kluczowa rolę odgrywaną przez supernowe przy generowania pyłu we wczesnym Wszechświecie.
Na ilustracji: Zdjęcia fragmentów galaktyki zwanej Galaktyką Fajerwerk (NGC 6946) z zaznaczonymi pozycjami supernowych SN 2004et i SN 2017eaw, które sfotografowała kamera MIRI współpracująca z Teleskopem Webba. Na ilustracji zaznaczono orientację na niebie oraz skalę (odcinek ~2600 l.św.). Jest to obraz w niewidzialnym zakresie promieniowania zwanym średnią podczerwienią, którego kolory przekonwertowano (zamapowano) do następującego, widzialnego zakresu barw: niebieski / zielony / czerwony– co odpowiada następującym długościom fali: 10μm / 11,3 + 12,8 + 15,0μm / 18 + 21μm (odpowiada to następującym filtrom kamery MIRI: F1000W / F1130W + F1280W + F1500W / F1800W + F2100W). Źródło: NASA, ESA, CSA, Ori Fox (STScI), Melissa Shahbandeh (STScI), Alyssa Pagan (STScI)
Na ilustracji: Zdjęcie galaktyki spiralnej zwanej Galaktyką Fajerwerk (inne oznaczenie - NGC 6946, odległość 22 miliony l.św.) zrobione w Kitt Peak National Observatory (USA), na którym zaznaczono pozycje supernowych SN 2004et i SN 2017eaw. Na zdjęciach NGC 6946 w podczerwieni (kamera MIRI) uzyskanych Teleskopem Webba, astronomowie odkryli dużą ilość pyłu w okolicach tych dwóch supernowych typu IIP – co potwierdza teorię, że supernowe odgrywają kluczową rolę z zaopatrywaniu w pył wczesnego Wszechświata. Źródło: KPNO, NSF's NOIRLab, AURA, Alyssa Pagan (STScI)
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa (dostęp otwarty): JWST observations of dust reservoirs in type IIP supernovae 2004et and 2017eaw
Webb Locates Dust Reservoirs in Two Supernovae
New Discovery by James Webb Telescope Confirms Supernovae as Dust Factories
Źródło: NASA, ESA, CSA
Na ilustracji: Zdjęcia wykonane za pomocą Teleskopu Webba ujawniają dużą ilość pyłu wokół supernowych SN 2004et i SN 2017eaw, które znajdują się w odległej o 22 miliony l.św. Galaktyce Fajerwerk (NGC 6946). Sześciokątny kształt obrazu SN 2004et jest artefaktem wynikającym z konstrukcji Teleskopu Webba dla jasnego obiektu. Na zdjęciu uzyskanym instrumentem MIRI kolory niebieski / zielony / czerwony zostały zamapowane następujących dla długości fali 10μm / 11,3+12,8+15,0μm / 18+21μm, Źródło: NASA, ESA, CSA, Ori Fox (STScI), Melissa Shahbandeh (STScI), Alyssa Pagan (STScI)
