Astronomowie wykorzystali zdjęcia z teleskopów Webba (podczerwień) i Chandra (zakres X - rentgenowski), aby rozwiązać tajemnicę „Zielonego Potwora” (j.t. pseudonim „Green Monster” związany z Boston Red Sox) w obszarach centralnych mgławicy – pozostałościach po wybuchu supernowej Kasjopeja A (Cas A).
Zielony Potwór został zaobserwowany po raz pierwszy na zdjęciu zrobionym przez Teleskop Webba w kwietniu 2023 roku, podczas gdy satelita Chandra obserwował Cas A przez dziesięciolecia. Chandra odkrył w tym obszarze gorący gaz będący głównie z pozostałością po wybuchu supernowej, ale również falę uderzeniową po tym wybuchu. Analiza danych z obu teleskopów sugeruje, że Zielony Potwór jest rezultatem zderzenia fali uderzeniowej z materią otaczającą supernową.
Po raz pierwszy astronomowie połączyli dane z teleskopów NASA Chandra i Webba, aby zbadać dobrze znane pozostałości po wybuchu supernowej Kasjopeja A (Cas A). Ta analiza pomogła wyjaśnić niezwykłą strukturę zwaną „Zielonym Potworem” w pozostałościach po tej zniszczonej gwieździe. Odkrytej w kwietniu 2023 roku strukturze na zdjęciach z Teleskopu Webba został nadany pseudonim Zielonego Potwora (j.ang. Green Monster), ze względu na podobieństwo do muru w lewym polu boiska baseballowego Fenway Park w Bostonie.
Odkryto również nowe szczegóły tego wybuchu, który uformował mgławicę Cas A około 340 lat temu z perspektywy Ziemi.
Podczas tego wybuchu supernowej w ułamku sekundy nastąpił kolaps jądra gwiazdy masywnej i po odbiciu się powstała kula materii i promieniowania, która rozszerzała się na zewnątrz. Obecnie w zewnętrznych obszarach mgławicy Cas A fala uderzeniowa zmiata otaczający gaz, który został wyrzucony przez gwiazdę masywną pomiędzy 10 i 100 tysięcy lat jeszcze przed jej wybuchem jako supernowej.
Najnowsze złożone zdjęcie na ilustracji tytułowej zawiera obserwacje z następujących teleskopów:
• Chandra w zakresie rentgenowskim (kolor: niebieski),
• Webba w podczerwieni (kolory: czerwony, zielony, niebieski),
• Hubble’a w zakresie optycznym (kolory: czerwony, biały).
Do zewnętrznych części zdjęcia dołączono również dane z Teleskopu Spitzera (kolory: czerwony, zielony i niebieski). Kształt Zielonego Potwora na zdjęciu jest zarysowany zieloną linią.
Poniżej pokazano to samo zdjęcie tytułowe, ale bez dodatkowych zaznaczeń oraz etykiet.
Na ilustracji: Widok mgławicy Kasjopeja A przypominający dysk świetlny, który mieni się całą feerią barw. Promieniowanie rentgenowskie, zaobserwowane przez satelitę Chandra, ma tutaj kolor niebieski i pochodzi od gorącej materii gazowej - głównie od pozostałości po wybuchu supernowej (w tym pierwiastki takie jak krzem i żelazo). Promieniowanie rentgenowskie jest również obecne w postaci cienkich łuków w zewnętrznych obszarach.
Dane w podczerwieni z Teleskopu Webba oznaczono kolorami czerwonym, zielonym i niebieskim. Webb uwydatnia emisje w podczerwieni pochodzące od pyłu, który otacza gorącą materię gazową zaobserwowaną przez Chandrę oraz przez chłodniejsze pozostałości po wybuchu supernowej. Natomiast dane z Teleskopu Hubble’a pokazują mnogość gwiazd wypełniających pole widzenia.
Źródło: X-ray: NASA/CXC/SAO; Image Processing: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt and J. Major
W danych z satelity Chandra odkryto gorący gaz, pochodzący głównie z pozostałości po zniszczonej gwieździe, który zawiera pierwiastki takie jak krzem i żelazo. W zewnętrznych częściach mgławicy Cas A rozszerzająca się fala uderzeniowa oddziałuje z otaczającą materią gazową, która została wyrzucona przez gwiazdę przed wybuchem jako supernowa. Promieniowanie rentgenowskie jest wytwarzane przez elektrony o dużych energiach pędzące ruchem spiralnym wzdłuż linii pola magnetycznego w obszarze fali uderzeniowej. Promieniowanie tych elektronów widzimy jako cienkie łuki w zewnętrznych obszarach mgławicy Cas A oraz częściowo wewnątrz. Webba uwydatnia emisje w podczerwieni pochodzące od pyłu rozgrzewanego przez gorący gaz widziany przez Chandrę, którym jest ten gaz otoczony oraz przez znacznie chłodniejsze pozostałości po wybuchu supernowej. Z kolei Teleskop Hubble’a pokazuje gwiazdy w tym obszarze.
Na poniższej ilustracji pokazano tylko obraz uzyskany przez Teleskop Chandra, gdzie barwą czerwoną oznaczono obszar emisji mniej energetycznego promieniowania rentgenowskiego żelaza i magnezu, barwą zieloną - emisje krzemu w zakresie średnich energii rentgenowskich oraz barwą niebieską – najbardziej energetyczne promieniowanie rentgenowskie generowane przez elektrony krążące wokół linii pola magnetycznego. Na tej ilustracji zaznaczono Zielonego Potwora (patrz „Green Monster”), lokalizacje fali uderzeniowej (patrz „blast wave”) oraz pozostałości po wybuchu supernowej bogate w krzem i żelazo (patrz „silicon-rich debris” / „iron-rich debris”).
Na ilustracji: Obraz mgławicy Kasjopei A (Cas A) w zakresie rentgenowskim uzyskany za pomocą satelity Chandra. Cas A jest pozostałością po wybuchu supernowej około 340 lat temu. Zaznaczono w Cas A struktury takie jak Zielony Potwór (j.ang. „Green Monster”), lokalizacje fali uderzeniowej (j.ang. „blast wave”) oraz pozostałości po wybuchu supernowej bogate w krzem i żelazo (j.ang. „silicon-rich debris” / „iron-rich debris”). Źródło: X-ray - NASA/CXC/SAO
Szczegółowa analiza wykazała, że włókna w zewnętrznej części mgławicy Cas A z fali uderzeniowej dobrze odpowiadają właściwościom promieniowania rentgenowskiego Wielkiego Potwora – włączają w to mniejszą ilość żelaza i krzemu niż w pozostałościach po supernowej. Ta interpretacja jest widoczna na kolorowych zdjęciu z Chandry, na którym widać, że barwy wewnątrz Zielonego Potwora najlepiej odpowiadają raczej barwom fali uderzeniowej niż pozostałościom bogatym w węgiel i krzem. Dlatego autorzy analizy doszli do wniosku, że Zielony Potwór został stworzonym przez falę uderzeniową z eksplodującej gwiazdy, która zderzyła się z otaczającą materią – tym samym potwierdzając wcześniejsze sugestie tylko z obserwacji za pomocą Teleskopu Webba.
Pozostałości z tego wybuchu supernowej są widziane przez Chandrę, ponieważ są rozgrzewane do dziesiątek milionów stopni przez fale uderzeniowe, które są podobne do gromów dźwiękowych generowanych przez samoloty naddźwiękowe. Natomiast Teleskop Webba „widzi” materię, która nie została jeszcze poddana działaniu fali uderzeniowej – co jest nazywane pozostałościami „pierwotnymi” (ang. „pristine” debris).
Aby dowiedzieć się więcej o wybuchu tej supernowej, astronomowie porównali pozostałości pierwotne po wybuchu tej supernowej na zdjęciu z Teleskopu Webba z mapami promieniowania rentgenowskiego radioaktywnych pierwiastków, które zostały stworzone przez tą supernową. Wykorzystano dane z satelity NuSTAR (skrót z j.ang. NASA’s Nuclear Spectroscopic Telescope Array), aby zobrazować widoczny do dzisiaj rozkład radioaktywnego tytanu oraz dane z teleskopu kosmicznego Chandra, aby poprzez pomiary lokalizacji żelaza zmapować położenie radioaktywnego niklu. Radioaktywny nikiel rozpada się na żelazo.
Na poniższej ilustracji zaznaczono kolorem zielonym pozostałości po wybuchu supernowej bogate w żelazo, które są śladem lokalizacji radioaktywnego niklu. Natomiast radioaktywny tytan jest oznaczony kolorem niebieskim, a pierwotne pozostałości po wybuchu supernowej – kolorem pomarańczowym i żółtym.
Na ilustracji: Obraz mgławicy Kasjopei A (Cas A) w zakresie rentgenowskim. Cas A jest pozostałością po wybuchu supernowej około 340 lat temu. Zaznaczono w Cas A pierwotne pozostałości po wybuchu supernowej (j.ang. „pristine debris”) oraz pozostałości bogate w promieniotwórcze izotopy tytanu i żelaza (j.ang. „radioactive titanium” / „iron-rich debris”). Źródło: X-ray: NASA/CXC/SAO; Image Processing: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt and J. Major
Niektóre włókna z pierwotnym pozostałościami po wybuchu supernowej w pobliżu centrum mgławicy Cas A na zdjęciach z Teleskopu Webb są połączone z obszarami występowania żelaza, które są obserwowane przez Chandrę. Radioaktywny tytan jest widoczny tam, gdzie pierwotne pozostałości po wybuchu supernowej są względnie słabe.
Te porównania sugerują, że materia radioaktywna obserwowana w zakresie rentgenowskim pomogła ukształtować pierwotne pozostałości w pobliżu centrum wybuchu tej supernowej zarejestrowane przez Teleskop Webba – formując pusty obszar. Drobne struktury w tych pierwotnych pozostałościach powstały najprawdopodobniej, gdy wewnętrzne warstwy gwiazdy gwałtownie wymieszały z gorącą, radioaktywną materią, która powstała podczas zapaści jądra gwiazdy pod wpływem własnej grawitacji.
Ww. wyniki analiz zostały zaprezentowane przez Dana Milisavljevica (Purdue University, USA) na 243 zjeździe American Astronomical Society w Nowym Orleanie oraz zostały bardziej szczegółowo opisane w dwóch publikacjach, które ukażą się w the Astrophysical Journal Letters.
Jedna z tych publikacji, której głównym autorem jest Milisavljevic, skupia się na analizie danych z Teleskopu Webba. Natomiast głównym autorem drugiej publikacji analizującej dane z satelity Chandra jest Jacco Vink (the University of Amsterdam, Holandia)
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
• Publikacja naukowe:
• JWST → A JWST Survey of the Supernova Remnant Cassiopeia A
• Chandra → X-ray diagnostics of Cassiopeia A's "Green Monster": evidence for dense shocked circumstellar plasma
•
• NASA Telescopes Chase Down "Green Monster" in Star's Debris
• Cassiopeia A: NASA Telescopes Chase Down "Green Monster" in Star's Debris
• James Webb Telescope and Chandra Solve Cassiopeia A's Green Monster Riddle
•
• Portal Urania → Ciekawe struktury w mgławicy Kasjopeja A z obserwacji Webba
• Kasjopea A – nowe zdjęcia z JWST
Źródło: NASA/CXC/SAO
Na ilustracji: Obraz mgławicy Kasjopeja A w zakresie rentgenowskim, optycznym i podczerwieni - z zaznaczoną strukturą Zielonego Potwor (j.ang. „Green Monster”). Promieniowanie rentgenowskie, zaobserwowane przez satelitę Chandra, ma tutaj kolor niebieski. Dane w podczerwieni z Teleskopu Webba oznaczono kolorami czerwonym, zielonym i niebieskim. Zaś obraz z Teleskopu Hubble’a pokazuje mnogość gwiazd wypełniających pole widzenia.
Źródło: X-ray: NASA/CXC/SAO; Image Processing: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt and J. Major
