Уэбб представляет потрясающие структуры выбросов и CO в молодой сверхновой Кассиопеи А

Трехцветные изображения JWST Кассиопеи А, контрастирующие угарный газ (CO в зеленом цвете) и выбросы аргона (в красном) и синхротронное излучение (в синем цвете). Изображения показывают, что во внешних слоях больше газа CO, чем аргона, а это означает, что молекулы CO образуются снова после обратного удара. Автор: SETI Institute

Институт SETI объявил о последних открытиях космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) остатка сверхновой Кассиопеи А (Cas A). Эти наблюдения за самой молодой из известных сверхновых с коллапсом ядра в Млечном Пути дают представление об условиях, которые приводят к образованию и разрушению молекул и пыли в выбросах сверхновых.

Результаты исследования меняют наше понимание образования пыли в ранней Вселенной в галактиках, обнаруженных JWST через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Исследователи считают сверхновые, такие как те, что сформировали Cas A, жизненно важными источниками пыли, наблюдаемой в далеких галактиках с большим красным смещением. Эти новые открытия бросают вызов убеждению, что пыль в основном возникла из звезд промежуточной массы на асимптотической ветви гигантов (AGB) в современных галактиках.

«Примечательно видеть, насколько яркое излучение угарного газа, обнаруженное с помощью JWST NIR-изображения и спектроскопии, демонстрирует несколько десятков синусоидальных структур фундаментальных колебательных линий CO», — сказал доктор Джеоххи Ро, научный сотрудник Института SETI, который руководил этим исследованием.. «Узоры выглядят так, будто они были созданы искусственно».

Ключевые выводы включают в себя:

• Молекулярное образование CO: данные показывают, что во внешних слоях больше газа CO, чем аргона, что означает, что молекулы CO образуются снова после обратного удара. Эти данные важны для понимания того, как происходит охлаждение и образование пыли после взрыва сверхновой. Изображения показывают, что молекулы CO реформируются после ударной волны и, возможно, защитили пыль в выбросах.
• Детальная спектроскопия: спектры NIRSpec-IFU двух значительных областей в Cas A показывают различия в том, как формировались элементы. Обе области имеют сильные сигналы газа CO и содержат различные ионизированные элементы, такие как аргон, кремний, кальций и магний. Фундаментальные линии CO представляют собой несколько десятков синусоидальных паттернов фундаментальных колебательных линий CO с континуумом под ними из-за высокой скорости молекул CO.
• Информация о температуре: исследования показывают, что температура составляет около 1080 К, судя по выбросам газа CO. Это помогает нам понять, как пыль, молекулы и высокоионизированный газ взаимодействуют в сверхновых. Однако авторы находят также колебательные линии в высоковращательных (J=90) линиях, особенности которых проявляются в диапазоне 4,3-4,4 микрона. Эти линии указывают на наличие более горячей (4800 К) температурной составляющей, предполагающей одновременное образование и реформацию CO. CO с таких высоких вращательных уровней впервые обнаружен в Cas A с помощью новой спектроскопии JWST.
• Сверхновые, такие как Cas A, расположенные на расстоянии 11 000 световых лет от нас, представляют собой взрывы, которые происходят, когда звезда с большой массой подходит к концу своей жизни около 350 лет назад. Внутренняя часть звезды, называемая сверхновой с коллапсом ядра, сжимается внутрь под действием силы тяжести, как только ядерное топливо, питающее звезду, исчерпывается. Отскок этого коллапса уносит внешнюю оболочку звезды в космос в результате взрыва, который может затмить целую галактику.

Автор: SETI Institute

«Видеть такой горячий CO в остатках молодой сверхновой действительно удивительно и указывает на то, что образование CO все еще происходит спустя тысячи лет после взрыва», — сказал Крис Эшалл, доцент Технологического института Вирджинии.

«Объединение таких впечатляющих наборов данных с более ранними наблюдениями сверхновых JWST позволит нам понять путь образования молекул и пыли так, как это было невозможно ранее».

Революционные изображения и спектроскопия

В наблюдениях использовались инструменты камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и среднего инфракрасного диапазона (MIRI) JWST, а также детальная спектроскопия спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) с интегральными полевыми единицами (IFU). Команда нанесла на карту сложные структуры синхротронного излучения (свет, излучаемый, когда заряженные частицы, такие как электроны, разгоняются до высоких скоростей в сильных магнитных полях), богатых аргоном выбросов и молекул угарного газа (CO) в Cas A. На изображениях показано очень подробные и замысловатые узоры ракушек, отверстий и нитей, подчеркивающие мощь JWST.

Автор: SETI Institute

Сон Хён Пак, аспирант Сеульского национального университета в Южной Корее, вместе с Ро выполнил моделирование свойств CO.

Новые наблюдения подчеркивают сложные и конкурирующие процессы молекулярного образования и разрушения остатков сверхновых. Молекулы CO, хотя и не приводят напрямую к образованию пыли, являются важнейшими индикаторами охлаждения и химических процессов, которые в конечном итоге приводят к конденсации пыли.

Хотя это исследование открывает новые перспективы, продолжаются дебаты относительно того, в какой степени сверхновые способствуют образованию пыли в ранней Вселенной. Исследователи продолжат изучать эти явления с помощью будущих наблюдений и исследований, чтобы разгадать тайны космической пыли и молекулярного образования.

Результаты опубликованы на этой неделе в The Astrophysical Journal Letters.

Больше информации: J. Rho et al, Shockingly Bright Warm Carbon Monoxide Molecular Features in the Supernova Remnant Cassiopeia A Revealed by JWST, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad5186

Источник: SETI Institute