Bilim adamlarından oluşan bir ekip, Toros takımyıldızında 6.500 ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir süpernova kalıntısı olan Yengeç Bulutsusu’nun bileşimini analiz etmek için James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullandı. MIRI (orta kızılötesi) ve NIRCam (yakın kızılötesi) cihazlarını kullanan bilim insanları, bu nesnenin geçmişine ışık tutacak veriler toplayabildiler.
Yengeç Bulutsusu, büyük bir yıldızın ölümüne işaret eden bir süpernova çekirdeği çöküşünün sonucudur. Süpernova MS 1054’te Dünya’da gözlendi; gündüz bile görülebilecek kadar parlaktı. Bugün görülen çok daha sönük kalıntı, hızla dönen ve oldukça mıknatıslanmış bir nötron yıldızı olan pulsardan gelen rüzgarla desteklenen, genişleyen bir gaz ve toz kabuğudur.
Yengeç Bulutsusu oldukça sıradışı. Alışılmadık bileşimi ve alışılmadık derecede düşük patlama enerjisi, gökbilimcilerin bunun, daha yaygın olan demir çekirdek yerine daha az gelişmiş oksijen, neon ve magnezyum çekirdeğine sahip bir yıldızın nadir görülen bir patlama özelliği olan elektron yakalayan bir süpernova olduğuna inanmalarına neden oldu.
Geçmiş çalışmalarda bilim insanları, modern emisyonların miktarına ve hızına bağlı olarak bir patlamanın toplam kinetik enerjisini tahmin edebildiler. Patlamanın doğasının nispeten düşük enerjili (normal bir süpernovanın enerjisinin onda birinden daha az) olduğu ve öncül yıldızın kütlesinin 8 ila 10 güneş kütlesi arasında olduğu ve süpernovayı patlatan yıldızların arasında sınırda durduğu sonucuna vardılar. yaşam döngülerinin sonu ve risk altında olmayanlar.
Ancak elektron yakalama süpernova teorisi ile Yengeç Bulutsusu gözlemleri arasında, özellikle pulsarın hızlı hareketi konusunda tutarsızlıklar var. Son yıllarda gökbilimciler, demir çekirdek çöküşü süpernovalarına ilişkin anlayışlarını da geliştirdiler ve artık bu türün, yıldızın kütlesinin yeterince düşük olması koşuluyla, düşük enerjili patlamalar üretebileceğine inanıyorlar.
Yengeç Bulutsusu’nun öncü yıldızı ve patlamanın doğası hakkındaki belirsizliği azaltmak için araştırma ekibi, bulutsunun filamentleri içindeki iki bölgeye odaklanarak JWST teleskopunun spektroskopik yeteneklerini kullandı.
Teoriler, elektron yakalayan bir süpernovanın çekirdek kimyası nedeniyle, nikelin demire (Ni/Fe) oranının, bu elementlerin önceki nesil yıldızların bir sonucu olarak mevcut olduğu Güneşimizden çok daha yüksek olması gerektiğini öngörüyor. 1980’lerin sonunda ve 1990’ların başında yapılan çalışmalar, optik ve yakın kızılötesi verileri kullanarak Yengeç Bulutsusu içindeki Ni/Fe oranını ölçtü ve elektron yakalama süpernova senaryosunu destekler görünen yüksek Ni/Fe bolluklarına dikkat çekti.
James Webb, kızılötesi duyarlılığıyla Yengeç Bulutsusu’na yönelik ileri düzey araştırmalara sahiptir. Ekip, nikel ve demirin emisyon çizgilerini daha doğru bir şekilde ölçmek için MIRI cihazının spektroskopik özelliklerini kullandı ve bu da Ni/Fe oranının daha güvenilir bir tahminine yol açtı. Bu oranın hala güneş enerjisi oranından daha yüksek olduğunu, ancak yalnızca marjinal ve önceki tahminlerden çok daha düşük olduğunu buldular.
Revize edilen değerler hala elektron yakalama süpernova senaryosu ile tutarlıdır, ancak düşük kütleli bir yıldızın demir çekirdek çökmesi patlamasını dışlamaz (daha yüksek enerjili, daha yüksek kütleli yıldızların patlamalarının Ni/ Fe oranı Güneş’inkine daha yakın). Bu iki senaryoyu daha doğru bir şekilde ayırt etmek için daha fazla gözlemsel ve teorik çalışmaya ihtiyaç duyulacaktır.
James Webb, element oranlarını ölçmek için Yengeç Bulutsusu’nun iç kısmındaki iki küçük bölgeden spektral veriler elde etmenin yanı sıra, senkrotron emisyonu ve toz dağılımının ayrıntılarını daha iyi anlamak için süpernovanın çevresini de gözlemledi.
MIRI tarafından toplanan görüntüler ve veriler, ekibin Yengeç Bulutsusu içindeki toz emisyonlarını ilk kez yüksek çözünürlükte izole etmesine ve haritalamasına olanak sağladı. Sıcak tozun dağılımını haritalandırarak ve bunu Herschel Uzay Gözlemevi’nden gelen daha soğuk toz parçacıklarına ilişkin verilerle destekleyerek, bilim adamları kapsamlı bir resim oluşturdular: En dıştaki filamentler nispeten daha sıcak toz içerirken, merkeze daha yakın olanlarda daha soğuk parçacıklar hakimdir.