Korzystając z danych z pierwszego roku obserwacji międzygwiezdnych Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, międzynarodowy zespół naukowców był w stanie nieoczekiwanie zobaczyć eksplodującą supernową w odległej galaktyce spiralnej.
Badanie, opublikowane niedawno w The Astrophysical Journal Letters, dostarcza nowych pomiarów w podczerwieni jednej z najjaśniejszych galaktyk w naszym kosmicznym sąsiedztwie, NGC 1566, znanej również jako Hiszpańska Tancerka. Znajdujące się około 40 milionów lat świetlnych od Ziemi, niezwykle aktywne centrum galaktyki sprawiło, że stało się ono szczególnie popularne wśród naukowców pragnących dowiedzieć się więcej o formowaniu się i ewolucji mgławic gwiazdotwórczych.
W tym przypadku naukowcom udało się zbadać supernową typu 1a – eksplozję białego karła węglowo-tlenowego, którą Michael Tucker, pracownik Center for Cosmology and AstroParticle Physics na Ohio State University i współautor badania, powiedzieli naukowcy złapani przez przypadek podczas badania NGC 1566.
„Eksplozje białych karłów są ważne w dziedzinie kosmologii, ponieważ astronomowie często używają ich jako wskaźników odległości” – powiedział Tucker. „Produkują również ogromną część pierwiastków z grupy żelaza we wszechświecie, takich jak żelazo, kobalt i nikiel”.
Badania były możliwe dzięki przeglądowi PHANGS-JWST, który ze względu na obszerne zasoby pomiarów gromad gwiazd został wykorzystany do stworzenia referencyjnego zestawu danych do badania pobliskich galaktyk. Analizując zdjęcia zrobione z rdzenia supernowej, Tucker i współautorka Ness Mayker Chen, absolwentka astronomii w Ohio State, która prowadziła badania, miała na celu zbadanie, w jaki sposób niektóre pierwiastki chemiczne są emitowane do otaczającego kosmosu po wybuchu.
Na przykład lekkie pierwiastki, takie jak wodór i hel, powstały podczas Wielkiego Wybuchu, ale cięższe pierwiastki mogą powstać tylko w wyniku reakcji termojądrowych zachodzących w supernowych. Zrozumienie, w jaki sposób te gwiezdne reakcje wpływają na rozmieszczenie pierwiastków żelaza w kosmosie, może dać naukowcom głębszy wgląd w chemiczne formowanie się wszechświata, powiedział Tucker.
„Gdy wybucha supernowa, rozszerza się, a gdy to robi, zasadniczo możemy zobaczyć różne warstwy wyrzutu, co pozwala nam zbadać jądro mgławicy” – powiedział. Zasilane procesem zwanym rozpadem radioaktywnym – w którym niestabilny atom uwalnia energię, aby stać się bardziej stabilnym – supernowe emitują radioaktywne fotony o wysokiej energii, takie jak uran-238. W tym przypadku badanie skupiło się w szczególności na tym, jak izotop kobaltu-56 rozpada się na żelazo-56.
Wykorzystując dane z kamer JWST pracujących w bliskiej i średniej podczerwieni do zbadania ewolucji tych emisji, naukowcy odkryli, że ponad 200 dni po początkowym zdarzeniu, wyrzut supernowej był nadal widoczny w zakresie fal podczerwonych, których nie można było sfotografować z grunt.
„To jedno z tych badań, w których gdyby nasze wyniki nie były takie, jak się spodziewaliśmy, byłoby to naprawdę niepokojące” – powiedział. „Zawsze zakładaliśmy, że energia nie ucieka z wyrzutu, ale do JWST była to tylko teoria”.
Przez wiele lat nie było jasne, czy szybko poruszające się cząstki powstające podczas rozpadu kobaltu-56 na żelazo-56 przenikają do otaczającego środowiska, czy też są powstrzymywane przez pola magnetyczne wytwarzane przez supernowe.
Jednak dostarczając nowych informacji na temat właściwości chłodzących wyrzutu supernowej, badanie potwierdza, że w większości przypadków wyrzut nie wychodzi poza granice wybuchu. Potwierdza to wiele założeń, jakie naukowcy poczynili w przeszłości na temat działania tych złożonych bytów, powiedział Tucker.
“To badanie potwierdza prawie 20-letnią wartość nauki” – powiedział. „Nie odpowiada na każde pytanie, ale przynajmniej pokazuje, że nasze założenia nie były katastrofalnie błędne”.
Przyszłe obserwacje JWST będą nadal pomagać naukowcom w rozwijaniu ich teorii na temat powstawania i ewolucji gwiazd, ale Tucker powiedział, że dalszy dostęp do innych typów filtrów obrazowania może również pomóc w ich testowaniu, stwarzając więcej okazji do zrozumienia cudów daleko poza granicami naszej własnej galaktyki .
„Moc JWST jest naprawdę niezrównana” — powiedział Tucker. „To naprawdę obiecujące, że osiągamy tego rodzaju naukę, a dzięki JWST istnieje duża szansa, że nie tylko będziemy w stanie zrobić to samo dla różnych rodzajów supernowych, ale zrobić to jeszcze lepiej”.
Prace te były wspierane przez Narodową Fundację Nauki, Radę Nauk Przyrodniczych i Badań Inżynieryjnych Kanady i inne.