Уэбб обнаруживает сложные слои межзвездной пыли и газа

Этот мерцающий космический занавес показывает межзвездный газ и пыль, которые были разогреты в результате взрыва вспышки давно возникшей сверхновой. Затем газ излучает инфракрасный свет, что называется тепловым световым эхом. Поскольку излучение сверхновой распространяется в космосе со скоростью света, эхо, по-видимому, увеличивается. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба наблюдал это световое эхо вблизи остатка сверхновой Кассиопеи А. Автор: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дж. Дженксон (Калифорнийский технологический институт/IPAC)

Когда-то давным-давно ядро массивной звезды разрушилось, создав ударную волну, которая вырвалась наружу, разорвав звезду на части. Когда ударная волна достигла поверхности звезды, она пробила ее насквозь, породив короткий, интенсивный импульс рентгеновского и ультрафиолетового излучения, который распространился наружу, в окружающее пространство. Примерно 350 лет спустя этот импульс света достиг межзвездного вещества, осветив его, разогрев и заставив светиться в инфракрасном диапазоне.

Космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» наблюдал это инфракрасное свечение, выявляя мелкие детали, напоминающие сучки и завитки древесины. Эти наблюдения впервые позволили астрономам составить карту истинной трехмерной структуры этой межзвездной пыли и газа (известной как межзвездная среда).

"Мы были потрясены, увидев такой уровень детализации", - сказал Джейкоб Дженксон из Калифорнийского технологического института/IPAC в Пасадене, главный исследователь научной программы.

"Мы видим слои, похожие на луковицу", - добавил Джош Пик (Josh Peek) из Научного института космического телескопа в Балтиморе, член научной команды. "Мы думаем, что все плотные, пыльные области, которые мы видим, и большинство тех, которые мы не видим, выглядят так изнутри. Просто у нас никогда раньше не было возможности заглянуть внутрь них".

Эти мерцающие космические завесы показывают межзвездный газ и пыль, которые были разогреты в результате взрыва давным-давно вспыхнувшей сверхновой. Затем газ излучает инфракрасный свет, образуя так называемое тепловое световое эхо. Когда излучение сверхновой распространяется в пространстве со скоростью света, эхо, по-видимому, расширяется. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба трижды наблюдал это световое эхо вблизи остатка сверхновой Кассиопеи, по сути, создав трехмерное изображение межзвездного вещества. Обратите внимание, что поле зрения в верхнем ряду слегка повернуто по часовой стрелке относительно среднего и нижнего рядов из-за угла наклона телескопа Уэбба, когда проводились наблюдения. Автор: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дж. Дженксон (Калифорнийский технологический институт/IPAC)

Команда ученых представит свои результаты на пресс-конференции в рамках 245-го заседания Американского астрономического общества в Вашингтоне.

"Даже когда звезда умирает, ее свет продолжает гореть, отражаясь эхом по всему космосу. Прошло три необыкновенных года с тех пор, как мы запустили космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба. Каждое изображение, каждое открытие демонстрирует не только величие Вселенной, но и мощь команды НАСА и перспективы международного партнерства. Эта новаторская миссия, крупнейшее международное сотрудничество НАСА в области космической науки, является истинным свидетельством изобретательности НАСА, командной работы и стремления к совершенству", - сказал администратор НАСА Билл Нельсон.

"Для меня было большой честью наблюдать за этой грандиозной работой, результатом которой стала неустанная преданность делу тысяч ученых и инженеров по всему миру. На этом последнем снимке прекрасно запечатлено непреходящее наследие компании Webb — ключ к прошлому и миссия, которая будет вдохновлять будущие поколения".

Компьютерная томография

Исследователи нацелились на световое эхо, которое ранее наблюдалось вышедшим из эксплуатации космическим телескопом НАСА «Спитцер». Это одно из десятков световых отражений, замеченных вблизи остатка сверхновой Кассиопеи А — остатков взорвавшейся звезды. Световое эхо исходит от несвязанного материала, который находится за Кассиопеей А, а не от материала, который был выброшен при взрыве звезды.

Это фоновое изображение области вокруг остатка сверхновой Кассиопеи А было получено космическим телескопом НАСА «Спитцер» в 2008 году. В течение трех лет, делая многочисленные снимки этой области с помощью телескопа «Спитцер», исследователи смогли изучить несколько отраженных сигналов света. Теперь космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба запечатлел некоторые из этих световых вспышек гораздо более подробно. На вставках справа внизу показана одна из эпох наблюдений Уэбба, а на вставке слева - изображение остатка центральной сверхновой, полученное в 2023 году. Автор: Spitzer Изображение: NASA/JPL-Caltech/Y. Ким (Университет Аризоны / Университет Чикаго). Кассиопея А: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дэнни Милисавлевич (Университет Пердью), Илзе Де Лузе (Уджент), Теа Темим (Принстонский университет). Световое эхо на вставке: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Дж. Дженксон (Калифорнийский технологический институт/IPAC)

Наиболее очевидными особенностями снимков, сделанных Webb, являются плотно упакованные листы. Эти нити показывают структуры на удивительно малых масштабах - около 400 астрономических единиц, или менее одной сотой светового года. (Астрономическая единица, или астрономическая единица А.е., - это среднее расстояние от Земли до Солнца. Диаметр орбиты Нептуна составляет 60 астрономических единиц а.е.).

"Мы не знали, что межзвездная среда имеет структуры столь малого масштаба, не говоря уже о том, что она имеет форму листа", - сказал Пик.

На эти листообразные структуры могут влиять межзвездные магнитные поля. На снимках также видны плотные, плотно скрученные участки, напоминающие сучки в древесине. Они могут представлять собой магнитные «островки», расположенные внутри более упорядоченных магнитных полей, которые пронизывают межзвездную среду.

«Это астрономический эквивалент медицинской компьютерной томографии», - пояснил Армин Рест из Научного института космического телескопа, член научной команды. "У нас есть три среза, сделанные в три разных момента времени, что позволит нам изучить истинную трехмерную структуру. Это полностью изменит наш подход к изучению межзвездной среды".

Будущая работа

Научная программа команды также включает спектроскопические наблюдения с использованием прибора Уэбба MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона). Они планируют отслеживать световое эхо несколько раз, с интервалом в недели или месяцы, чтобы наблюдать, как оно меняется по мере прохождения светового эха.

"Мы можем наблюдать за одним и тем же участком пыли до, во время и после того, как он будет освещен эхо-сигналом, и пытаться выявить любые изменения в составе или состоянии молекул, в том числе, разрушаются ли некоторые молекулы или даже мельчайшие пылинки", - сказал Дженксон.

Эхо-сигналы инфракрасного излучения также чрезвычайно редки, поскольку для их получения требуется взрыв сверхновой определенного типа с коротким импульсом энергетического излучения. Космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс Роман», который готовится к запуску, проведет обзор плоскости галактики, что может привести к обнаружению дополнительных отраженных сигналов инфракрасного излучения, которые Уэбб сможет детально изучить.

Источник: NASA