Запущенный в 2021 году на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, самый мощный в мире космический телескоп «Джеймс Уэбб» исследует нашу Вселенную, чтобы узнать о ее формировании, открывая новое окно в космос. Используя данные первого года межзвездных наблюдений телескопа, международная группа исследователей обнаружила взрыв сверхновой звезды в далекой спиральной галактике.
По данным НАСА, эта спиральная галактика если и не идеальна, то, по крайней мере, одна из самых фотогеничных. Содержащая миллиарды звезд и расположенная на расстоянии около 40 миллионов световых лет в созвездии Золотая Рыба, NGC 1566 представляет собой великолепный вид спереди. Классифицируемая как спиральная, NGC 1566 демонстрирует два заметных и изящных спиральных рукава, прочерченных ярко-синими звездными скоплениями и темными полосами космической пыли.
Для изучения звездообразования, сверхновых и необычайно активного центра спирали было сделано множество снимков NGC 1566 космическим телескопом Хаббл. По этой причине «Джеймс Уэбб» также уделил время наблюдениям и сделал несколько снимков в течение первого года работы.
Недавно международная группа исследователей под руководством Университета штата Огайо предоставила новые инфракрасные измерения этой галактики и показала, что случайно обнаружила сверхновую типа 1а — взрыв углеродно-кислородного белого карлика. Несмотря на их первостепенную важность, остается много вопросов о системах, из которых происходят эти сверхновые, и механизмах их взрыва. Результаты исследования опубликованы в журнале .
Сверхновая звезда — взгляд на химическое формирование Вселенной
Исследовательская группа работает в рамках проекта PHANGS-JWST (Physics at High Angular Resolution in Near Near Galaxies), в рамках которого проводятся наблюдения близлежащих галактик с высоким разрешением с помощью нескольких телескопов, включая ALMA, Hubble, JWST и VLT (Very Large Telescope). Цель — понять взаимодействие мелкомасштабной физики газа и звездообразования со структурой и эволюцией галактик.
Фактически, PHANGS создал эталонный набор данных для изучения близлежащих галактик. Анализируя изображения ядра сверхновой, Мишель Такер, исследователь из Центра космологии и физики астрочастиц штата Огайо, и соавтор Несс Майкер Чен, аспирант астрономии, возглавлявший исследование, поставили перед собой цель изучить, как определенные химические элементы выбрасываются в окружающий космос после взрыва, поскольку, как упоминалось ранее, галактический центр галактики NGC 1566 чрезвычайно активен.
Легкие элементы, такие как водород и гелий, образовались во время Большого взрыва, но более тяжелые элементы могут быть созданы только в результате термоядерных реакций, которые происходят внутри сверхновых. Понимание того, как эти звездные реакции влияют на распределение элементов типа железа, может дать исследователям более глубокое представление о химическом формировании Вселенной.
Мишель Такер объясняет в релизе: «Когда сверхновая взрывается, она расширяется, и при этом мы можем видеть различные слои выброса, что позволяет нам прощупать ядро туманности«.
Давайте сделаем небольшую справку о сверхновых. В конце жизни массивной звезды ее ядро состоит из железа, самого стабильного элемента с точки зрения ядерных реакций, поэтому реакций и выработки энергии больше не происходит. В результате звезда разрушается под действием гравитации. При этом высвобождается значительное количество энергии, и ударная волна выбрасывает внешние слои звезды. Это называется взрывом сверхновой. Затем происходит широкий спектр ядерных реакций (захват, распад, слияние, деление), в результате которых образуются почти все химические элементы. Это и есть взрывной нуклеосинтез.
Данное исследование посвящено радиоактивному распаду — когда нестабильный атом высвобождает энергию, чтобы стать более стабильным. Сверхновые испускают высокоэнергетические радиоактивные фотоны, например, уран-238. В данном случае исследователи сосредоточились на том, как изотоп кобальта-56 распадается на железо-56. Энергия, выделяемая при его радиоактивном распаде на кобальт и затем на железо, может заставить сверхновую светиться в течение нескольких месяцев.
Используя данные приборов ближней инфракрасной и средней инфракрасной камер JWST для изучения эволюции этих выбросов, исследователи обнаружили, что более чем через 200 дней после первого события выброс сверхновой все еще был виден в инфракрасном диапазоне длин волн, который невозможно было бы наблюдать с Земли.
В течение многих лет было неясно, просачиваются ли быстро движущиеся частицы, образующиеся при распаде кобальта-56 до железа-56, в окружающую среду или их «просто» удерживают магнитные поля, создаваемые сверхновыми.
Предоставляя новую информацию об охлаждающих свойствах выброса сверхновых, исследование подтверждает, что в большинстве случаев выброс не покидает пределов взрыва. Мише Такер говорит: «Это исследование подтверждает почти 20-летний опыт науки. Оно не отвечает на все вопросы, но, по крайней мере, доказывает, что наши предположения не ошибочны».
Будущие наблюдения JWST будут и дальше помогать ученым развивать свои теории формирования и эволюции звезд. Однако использование других типов фильтров визуализации также может помочь проверить их, создавая больше возможностей для понимания эволюции Вселенной.