De Webb-ruimtetelescoop ontdekt het verborgen ‘groene monster’ in een verbluffend hoge-resolutiebeeld van de exploderende ster

Mysterieuze kenmerken verbergen zich in nabij-infraroodlicht

Objecten in de ruimte onthullen verschillende aspecten van hun samenstelling en gedrag bij verschillende golflengten van licht. Het supernova-overblijfsel Cassiopeia (Cas A) is een van de best bestudeerde objecten ter wereld Melkweg over het hele golflengtespectrum. Er waren echter nog steeds geheimen verborgen in de verbrijzelde overblijfselen van de ster.

Nieuwste tools worden geopend door een van de nieuwste tools in de Researcher Toolkit, NASA‘S James Webb-ruimtetelescoopWebb’s nieuwste kijk op nabij-infraroodlicht heeft onderzoekers verbijsterd.

Een nieuw hogeresolutiebeeld van de NIRCam (nabij-infraroodcamera) van NASA’s James Webb Space Telescope onthult ingewikkelde details van het Cassiopeia A (Cas A) supernova-overblijfsel, en toont de uitdijende schil van materiaal dat in botsing komt met het gas dat door de ster wordt geproduceerd voordat deze explodeert . . Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Princeton University)

Webb verbijstert NASA met een nieuwe, high-definition blik op de exploderende ster

Als een glanzend, rond ornament dat klaar is om op de perfecte plek in de kerstboom te worden geplaatst, schittert het overblijfsel van de supernova Cassiopeia A (Cas A) in een nieuw beeld van NASA’s James Webb Space Telescope.

als onderdeel van Feestdagen 2023 in het Witte Huis, First Lady van de Verenigde Staten Dr. Jill Biden lanceerde de allereerste adventskalender van het Witte Huis. Om de ‘magie, verwondering en vreugde’ van de feestdagen te laten zien, vieren Dr. Biden en NASA dit met dit nieuwe beeld van Webb.

Hoewel alles helder is, is dit tafereel niet de spreekwoordelijke stille nacht. Cas A’s Webb NIRCam (nabij-infraroodcamera) geeft deze starburst weer met een resolutie die voorheen onbereikbaar was bij deze golflengten. Deze opname met hoge resolutie onthult ingewikkelde details van de uitdijende materiaalschil die in botsing komt met gas dat vrijkwam door de ster voordat deze explodeerde.

Cas A is een van de best bestudeerde supernovaresten in het hele universum. In de loop der jaren zijn er observatoria op de grond en in de ruimte, waaronder NASA Chandra röntgenobservatorium, Hubble-ruimtetelescoopEn met pensioen Spitzer-ruimtetelescoop Ze stelden een beeld met meerdere golflengten samen van de overblijfselen van het lichaam.

Astronomen zijn nu echter een nieuw tijdperk ingegaan in de studie van Cas A. In april 2023 werd Webbs MIRI-instrument (Mid-Infrared Instrument) ontdekt. Dit hoofdstuk is begonnen, waardoor nieuwe en onverwachte kenmerken binnen de binnenste schil van het supernova-overblijfsel worden onthuld. Veel van deze kenmerken zijn niet zichtbaar in de nieuwe NIRCam-opname, en astronomen onderzoeken waarom.

Deze afbeelding belicht een aantal interessante kenmerken van het supernova-overblijfsel Cassiopeia A, zoals gezien met behulp van Webb’s NIRCam (nabij-infraroodcamera):
1. De opmerkelijke resolutie van NIRCam is in staat kleine gasknopen, bestaande uit zwavel, zuurstof, argon en neon, van de ster zelf te detecteren. Sommige puinfilamenten zijn te klein om zelfs door Webb te worden opgelost, wat betekent dat ze een diameter hebben die vergelijkbaar is met of minder dan 16 miljard kilometer (ongeveer 100 astronomische eenheden). Onderzoekers zeggen dat dit representeert hoe de ster als glas versplinterde toen hij explodeerde.
2. De ronde gaten die zichtbaar zijn in het MIRI-beeld in het Groene Monster, een ring van groen licht in de binnenholte van Cas A, worden vaag omlijnd door witte en paarse emissie in het NIRCam-beeld – dit vertegenwoordigt geïoniseerd gas. Onderzoekers denken dat dit te wijten is aan supernova-puin dat door het gas snelt en het gas vormt dat de ster heeft achtergelaten voordat deze explodeerde.
3. Dit is een van de weinige lichtecho’s die zichtbaar zijn in de NIRCam-opname van Cas A. De lichtecho treedt op wanneer licht van de lang geëxplodeerde explosie van de ster verre stof bereikt en verhit, dat gloeit als het afkoelt.
4. NIRCam heeft een bijzonder grote, complexe lichtecho vastgelegd, die onderzoekers Baby Cas A hebben genoemd. Deze bevindt zich feitelijk ongeveer 170 lichtjaar achter het supernova-overblijfsel.
Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Princeton University)

“Als glasscherven”

Infraroodlicht is onzichtbaar voor onze ogen, dus beeldverwerkers en wetenschappers vertalen deze golflengten van licht in zichtbare kleuren. In deze nieuwere afbeelding van Cas A zijn de kleuren toegewezen aan verschillende NIRCam-filters, en elk van deze kleuren geeft een andere activiteit aan die binnen het object plaatsvindt.

Op het eerste gezicht, kan het NIRCam-beeld minder kleurrijk lijken dan het MIRI-beeld. Dit komt echter eenvoudigweg door de golflengten waarop het materiaal van het object zijn licht uitzendt.

Deze video toont een rondleiding door Webb’s NIRCam-opname (nabij-infraroodcamera) van het supernova-overblijfsel Cassiopeia A (Cas A). De hoge resolutie van NIRCam detecteert kleine gasknopen die achterblijven na de explosie van de ster, evenals lichte echo’s verspreid over het gezichtsveld.

De meest zichtbare kleuren in Webbs nieuwe afbeelding zijn de feloranje en lichtroze klonten die de binnenste korst van het supernova-overblijfsel vormen. Het scherpe zicht van Webb kan de kleinste gasknopen, bestaande uit zwavel, zuurstof, argon en neon, van de ster zelf detecteren. In dit gas zit een mengsel van stof en deeltjes, die uiteindelijk componenten zullen worden van nieuwe sterren en planetaire systemen. Sommige van de puinfilamenten zijn zo klein dat zelfs Loeb ze niet kan oplossen, wat betekent dat ze vergelijkbaar zijn met of minder dan 10 miljard mijl (ongeveer 100 astronomische eenheden) in doorsnee. Ter vergelijking: het geheel van Cas A beslaat 10 lichtjaar, oftewel 60 biljoen kilometer.

“Dankzij de resolutie van NIRCam kunnen we nu zien hoe de stervende ster volledig uiteenspatte toen hij explodeerde, waardoor filamenten achterbleven die op kleine glasscherven lijken”, zegt Dani Milisavljevic van Purdue University, die het onderzoeksteam leidt. “Het is werkelijk ongelooflijk dat we na al die jaren van Cas A-studie nu deze details kunnen oplossen, die ons een transformerend inzicht geven in hoe deze ster explodeerde.”

Deze afbeelding biedt een zij-aan-zij vergelijking van het supernova-overblijfsel Cassiopeia A (Cas A), zoals vastgelegd door de NIRCam-camera (nabij-infraroodcamera) en MIRI-camera’s (midden-infraroodinstrument) van NASA’s James Webb-ruimtetelescoop.
Op het eerste gezicht lijkt het NIRCam-beeld van Webb minder kleurrijk dan het MIRI-beeld in het algemeen, maar dit is alleen te wijten aan de golflengten waarop het materiaal van het object zijn licht uitstraalt. Het NIRCam-beeld lijkt iets scherper dan het MIRI-beeld vanwege de hogere resolutie.
De randen van de belangrijkste binnenschaal, die op de MIRI-afbeelding donkeroranje en rood leken, zien er op de NIRCam-afbeelding uit als rook van een kampvuur. Dit verwijst naar de plaats waar de explosiegolf van de supernova in botsing komt met het materiaal rondom de ster. Het stof in het materiaal rondom de ster is te koud om direct te worden waargenomen op nabij-infrarode golflengten, maar gloeit in het midden-infrarood.
Ook ontbrak in het nabij-infraroodbeeld de groene lichtring in de centrale holte van Cas A, die gloeide in het midden-infrarood, en die het onderzoeksteam het Groene Monster noemde. De ronde gaten die zichtbaar zijn in de MIRI-afbeelding in het Groene Monster, worden echter vaag omlijnd door witte en paarse emissie in de NIRCam-afbeelding.
Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Princeton University)

Het verborgen groene monster

Wanneer Webbs nieuwe nabij-infraroodbeeld van Cas A wordt vergeleken met het midden-infraroodbeeld, zijn de binnenste holte en de buitenste schil vreemd kleurloos.

De randen van de belangrijkste binnenschaal, die op de MIRI-afbeelding in diep oranje en rood verschenen, zien er nu uit als rook van een kampvuur. Dit verwijst naar de plaats waar de explosiegolf van de supernova in botsing komt met het materiaal rondom de ster. Het stof in het materiaal rondom de ster is te koud om direct te worden waargenomen op nabij-infrarode golflengten, maar gloeit in het midden-infrarood.

De onderzoekers zeggen dat de witte kleur het licht is van synchrotronstraling, die wordt uitgezonden over het hele elektromagnetische spectrum, inclusief het nabij-infrarood. Ze worden gegenereerd door geladen deeltjes die met extreem hoge snelheden reizen en zich rond magnetische veldlijnen wikkelen. Synchrotronstraling is ook zichtbaar in de belachtige omhulsels in de onderste helft van de binnenholte.

Deze close-upvideo toont de relatieve positie van het supernova-overblijfsel Cassiopeia A (Cas A) aan de hemel. Het begint met een opname vanaf de grond, gemaakt door wijlen astrofotograaf Akira Fujii. Terwijl hij inzoomt op kleinere delen van de hemel, vervaagt hij tot een beeld uit de Digital Sky Survey. Het eindigt met een crossfade in een Cas A-afbeelding van de NIRCam (Near Infrared Camera) van NASA’s James Webb Space Telescope, met extra bewegingen van NASA’s camera. Hubble-ruimtetelescoop afbeelding.

Ook ontbrak in het nabij-infraroodbeeld de groene lichtring in de centrale holte van Cas A, die gloeide in het midden-infrarood, en die het onderzoeksteam het Groene Monster noemde. Deze functie werd door onderzoekers beschreven als “moeilijk te begrijpen” toen ze er voor het eerst naar keken.

Hoewel de groene kleur van het groene monster niet zichtbaar is in NIRCam, zou wat er in dat gebied aan nabij-infraroodlicht overblijft inzicht kunnen verschaffen in dit mysterieuze kenmerk. De ronde gaten die zichtbaar zijn in het MIRI-beeld worden vaag omlijnd door witte en paarse emissie in het NIRCam-beeld – dit vertegenwoordigt geïoniseerd gas. Onderzoekers denken dat dit te wijten is aan supernova-puin dat door het gas snelt en het gas vormt dat de ster heeft achtergelaten voordat deze explodeerde.

Deze afbeelding van het overblijfsel van de Cassiopeia-supernova, vastgelegd door Webbs NIRCam (nabij-infraroodcamera), toont ter referentie de kompaspijlen, de schaalbalk en de kleursleutel.
De noord- en oostkompaspijlen geven de richting van het beeld aan de hemel aan.
De schaalbalk wordt weergegeven in lichtjaren, wat de afstand is die het licht in één aards jaar aflegt. (Het duurt licht 3 jaar om een ​​afstand af te leggen die gelijk is aan de lengte van de schaalbalk.) Eén lichtjaar is gelijk aan ongeveer 5,88 biljoen mijl of 9,46 biljoen kilometer.
Deze afbeelding toont onzichtbare golflengten van nabij-infraroodlicht, vertaald in de kleuren van zichtbaar licht. De kleurensleutel laat zien welke NIRCam-filters zijn gebruikt bij het verzamelen van het licht. De kleur van elke filternaam is de kleur van het zichtbare licht dat wordt gebruikt om het infraroodlicht weer te geven dat door dat filter gaat.
Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Dani Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Luzzi (UGent), T. Timim (Princeton University)

Baby Cass A

De onderzoekers waren ook verbaasd over een opmerkelijk kenmerk in de rechter benedenhoek van het gezichtsveld van NIRCam. Ze noemen die grote, gestreepte klodder Baby Cas A, omdat hij lijkt op de afstammeling van een grote supernova.

Dit is een lichte echo, waarbij het licht van de explosie van de ster lang geleden arriveerde en het verre stof opwarmde, dat gloeit als het afkoelt. De complexiteit van het stofpatroon en de schijnbare nabijheid van Baby Cas A tot Cas A zelf interesseert onderzoekers vooral. In feite bevindt Baby Cas A zich ongeveer 170 lichtjaar voorbij het supernova-overblijfsel.

Er zijn ook veel kleinere lichtecho’s verspreid over het nieuwe Webb-beeld.

Het Cas A-supernova-overblijfsel bevindt zich op 11.000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Cassiopeia. Vanuit ons perspectief wordt geschat dat deze ongeveer 340 jaar geleden is geëxplodeerd.

De James Webb-ruimtetelescoop is ’s werelds toonaangevende observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost de mysteries van ons zonnestelsel op, kijkt verder dan de verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. WEB is een internationaal programma onder leiding van NASA en zijn partners, de European Space Agency (ESA).Europese Ruimtevaartorganisatie) en de Canadian Space Agency.