Исследование Крабовидной туманности с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» пересмотрело представления об её происхождении
Группа учёных использовала космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) для анализа состава Крабовидной туманности — остатка сверхновой, расположенной на расстоянии 6500 световых лет в созвездии Тельца. С помощью инструментов MIRI (среднего инфракрасного диапазона) и NIRCam (ближнего инфракрасного диапазона) учёным удалось собрать данные, проливающие свет на историю этого объекта.
Крабовидная туманность является результатом коллапса ядра сверхновой, ознаменовавшего гибель массивной звезды. Саму вспышку сверхновой наблюдали на Земле в 1054 году нашей эры — она была достаточно яркой, чтобы её можно было видеть даже днём. Значительно более тусклые остатки, которые можно наблюдать сегодня, представляют собой расширяющуюся оболочку из газа и пыли, питаемую ветром от пульсара — быстро вращающейся и сильно намагниченной нейтронной звезды.
Крабовидная туманность весьма необычна. Её нетипичный состав и необычно низкая энергия взрыва заставляли астрономов предполагать, что это сверхновая с захватом электронов — редкий тип взрыва, характерный для звезды с менее развитым ядром, состоящим из кислорода, неона и магния, а не из более распространённого железного ядра.
В ходе прошлых исследований учёным удалось оценить общую кинетическую энергию взрыва, основываясь на количестве и скорости современных выбросов. Они пришли к выводу, что природа вспышки заключалась в относительно низкой энергии (менее одной десятой от энергии обычной сверхновой), а масса звезды-предшественницы составляла от 8 до 10 солнечных масс, балансируя на грани между звёздами, которые в конце жизненного цикла вспыхивают сверхновой, и теми, которым это не грозит.
Однако существуют несоответствия между теорией сверхновой с захватом электронов и наблюдениями Крабовидной туманности, особенно в части быстрого движения пульсара. В последние годы астрономы также улучшили своё понимание сверхновых с коллапсом железного ядра и теперь полагают, что этот тип также может производить взрывы низкой энергии, при условии, что масса звезды достаточно мала.
Чтобы уменьшить неопределённость относительно звезды-предшественницы Крабовидной туманности и природы самого взрыва, исследовательская группа использовала спектроскопические возможности телескопа JWST, сосредоточившись на двух областях внутри волокон туманности.
Теории предсказывают, что из-за особенностей химического состава ядра при сверхновой с захватом электронов соотношение содержания никеля и железа (Ni / Fe) должно быть намного выше, чем на нашем Солнце, где эти элементы присутствуют в результате предыдущих поколений звёзд. Исследования конца 1980-х и начала 1990-х годов измеряли соотношение Ni / Fe внутри Крабовидной туманности с использованием оптических и ближних инфракрасных данных и отмечали высокое содержание Ni / Fe, что, казалось, подтверждало сценарий сверхновой с захватом электронов.
«Джеймс Уэбб» с его чувствительностью в инфракрасном диапазоне позволил продвинуть исследования Крабовидной туманности. Команда учёных использовала спектроскопические характеристики инструмента MIRI для более точного измерения эмиссионных линий никеля и железа, что привело к более надёжной оценке соотношения Ni / Fe. Они обнаружили, что это соотношение по-прежнему выше солнечного, но лишь незначительно и намного ниже, чем в более ранних оценках.
Пересмотренные значения всё ещё соответствуют сценарию сверхновой с захватом электронов, но не исключают и взрыв коллапса железного ядра звезды с небольшой массой (ожидается, что взрывы более высокоэнергетичных звёзд большей массы приведут к соотношению Ni / Fe, более близкому к солнечному). Для более точного различения этих двух сценариев потребуются дальнейшие наблюдательные и теоретические исследования.
Помимо получения спектральных данных из двух небольших областей внутренней части Крабовидной туманности для измерения соотношения элементов, «Джеймс Уэбб» также наблюдал за окружением сверхновой, чтобы лучше понять детали синхротронного излучения и распределение пыли.
Изображения и данные, собранные MIRI, позволили команде выделить и впервые в высоком разрешении картографировать выбросы пыли внутри Крабовидной туманности. Составив карту распределения тёплой пыли и дополнив её данными космической обсерватории «Гершель» (Herschel Space Observatory) о более холодных частицах пыли, учёные создали всестороннюю картину: самые внешние волокна содержат относительно более тёплую пыль, в то время как ближе к центру преобладают более холодные частицы.