Погружение во Вселенную: удивительное изображение, сделанное телескопом «Джеймс Уэбб»

Чуть более 969 лет назад, в июле 1054 года, свет от взрыва сверхновой, одного из самых энергичных и жестоких событий во Вселенной, достиг Земли.

Хотя ее источник находился на расстоянии душераздирающих 6500 световых лет от нас, свет сверхновой был настолько ярким, что его можно было видеть даже в дневное время на протяжении 23 дней.

Появление данной сверхновой засвидетельствовано в китайских и японских хрониках, возможно, на двух наскальных рисунках в Северной Аризоне, найденных в 1955 году. Однако в европейских и арабских хрониках это событие не упоминается.

Сотни лет спустя астрономы, наблюдавшие за небом в созвездии Тельца, заметили нечто похожее.

В середине 19 века астроном Уильям Парсонс нарисовал этот «пушистый шар» на основе собственных наблюдений в 91-сантиметровый телескоп, отметив, что он чем-то похож на краба. И название прижилось: мы до сих пор называем этот «шар» Крабовидной туманностью.

Теперь мы знаем, что «Краб» - это колоссальное облако обломков древней сверхновой, улетевшее от места взрыва со скоростью пять миллионов километров в час. За последнее тысячелетие этот материал расширился и достиг размера более 10 световых лет в поперечнике, и он до сих пор ярок.

Астрономы недавно направили космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) на Крабовидную туманность в надежде лучше понять ее структуру, и то, что они обнаружили, может раскрыть давнюю загадку ее происхождения.

Новое изображение в некотором смысле знакомо. Оно очень похоже на снимок, сделанный в 2005 году космическим телескопом «Хаббл». На обеих фотографиях видно облако гладкого парообразного материала, окутанное более тонкими разноцветными завитками. В центре облака, почти окутанная обломками, находится точка света: пульсар, оставшееся ядро ​​массивной звезды.

JWST чувствителен к инфракрасному свету, поэтому на его изображениях хорошо видны разные структуры.

За почти два десятилетия с тех пор, как был сделан снимок Хаббла, туманность заметно расширилась.

Вместо ударных волн и горячего газа изображения JWST в первую очередь показывают особенности, возникающие из-за пыли «Краба» и его синхротронного излучения. Первый состоит из крошечных зерен силикатов (каменистого материала) или сложных молекул углерода, похожих на сажу, и появляется в основном во внешних щупальцах туманности. Последнее представляет собой жуткое свечение, испускаемое захваченными электронами, вращающимися по спирали со скоростью света вокруг интенсивных силовых линий магнитного поля пульсара. Синхротронное излучение обычно лучше всего видно в радиоволнах и инфракрасном диапазоне, поэтому с точки зрения JWST оно доминирует над более гладким внутренним облаком.

Один из фильтров, использованных в этих наблюдениях, настроен на свет горячего железного газа, отслеживая распределение ионизированного металла. Астрономы надеются, что эти измерения могут ответить на фундаментальный вопрос о звезде, которая создала эту огромную беспорядочную туманность почти тысячу лет назад.

Звезды, подобные Солнцу, в своем ядре превращают водород в гелий. Эта термоядерная реакция создает огромное количество света и тепла, позволяя нашей родной звезде сиять. Когда у Солнца закончится водород для плавления, оно начнет умирать, превращаясь в красного гиганта, а затем окончательно исчезнет.

Однако звезды, которые массивнее Солнца, могут соединять более тяжелые элементы.

В Крабовидной туманности есть пульсар, что указывает на то, что ядро ​​сверхновой было менее чем в 2,8 раза тяжелее Солнца. Но сама звезда могла иметь общую массу от восьми до 20 раз больше Солнца. Сразу же это представляет проблему. Масса Крабовидного пульсара менее чем в два раза превышает массу Солнца, а предполагаемая масса всей туманности в пять раз превышает массу Солнца. Но это в лучшем случае составит лишь семь солнечных масс. Звезда должна была быть более массивной, чтобы взорваться, так куда же делся этот материал? Возможно, вокруг пульсара существует скрытая масса, встроенная в туманность, пока еще не обнаруженная телескопами. Структура туманности может дать ключ к разгадке этого материала, пишет scientificamerican.

«Сама звезда довольно загадочна, даже ее размер остается неопределенным. Измерив туманность, мы можем найти некоторые ответы», отмечают исследователи.

Массивная звезда может взорваться разными способами, например, коллапсом железного ядра. Для звезд, масса которых в 8–12 раз превышает массу Солнца, есть другой путь к разрушению. Их ядро очень горячее, в плотном огненном ядре вращаются бесчисленные свободные электроны. Обычно давление вырождения, возникающее в квантовой механике, помогает электронам противостоять сжатию и поддерживать ядро. Однако на определенной стадии звездного синтеза электроны могут поглощаться атомными ядрами, устраняя это давление и потенциально вызывая коллапс ядра еще до того, как звезда создаст железо.

Механизм захвата электронов, запускающий сверхновые, был предложен учеными в 1980 году, но наблюдался только в 2018 году в свете далекой взрывающейся звезды в другой галактике. Когда астрофизики исследуют Крабовидную туманность, они видят намеки на то, что она могла взорваться аналогичным образом, но уверенности в этом нет. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) может обеспечить большую ясность, измеряя содержание железа в туманности, что позволит отличить «нормальный» коллапс ядра от коллапса, вызванного захватом электронов. Хотя данные все еще анализируются, недавняя программа по наблюдению за туманностью оказалась успешной, поскольку она дает возможность разгадать две загадки с помощью одного набора наблюдений. Кроме того, любое изображение Крабовидной туманности гарантированно будет потрясающе красивым, что является дополнительным бонусом.