Webb, Cassiopeia A’nın genç süpernovasında çarpıcı püskürme ve CO yapılarını ortaya çıkardı

SETI Enstitüsü, James Webb Uzay Teleskobu’ndan (JWST) süpernova kalıntısı Cassiopeia A’nın (Cas A) son bulgularını duyurdu. Samanyolu’ndaki bilinen en genç çekirdek çöküşü süpernovasının bu gözlemleri, süpernova püskürmelerindeki moleküllerin ve tozun oluşumuna ve yıkımına yol açan koşullara ilişkin içgörüler sağlıyor.

Çalışmanın bulguları, Büyük Patlama’dan 300 milyon yıl sonra JWST tarafından tespit edilen galaksilerdeki erken evrendeki toz oluşumuna dair anlayışımızı değiştiriyor. Araştırmacılar, Cas A’yı oluşturanlar gibi süpernovaları, uzak, yüksek kırmızıya kaymalı galaksilerde görülen tozun hayati kaynakları olarak görüyorlar. Bu yeni içgörüler, tozun öncelikle günümüz galaksilerindeki asimptotik dev kolundaki (AGB) orta kütleli yıldızlardan kaynaklandığına dair inançlara meydan okuyor.

“JWST NIR görüntüleme ve spektroskopisinde tespit edilen karbon monoksit emisyonunun ne kadar parlak olduğunu görmek dikkat çekicidir, CO temel rovibrasyonel çizgilerinin birkaç on sinüzoidal desenini göstermektedir,” dedi bu araştırmaya öncülük eden SETI Enstitüsü’ndeki araştırma bilimcisi Dr. Jeohghee Rho. “Desenler yapay olarak üretilmiş gibi görünüyor.”

Temel bulgular şunlardır:

1. Moleküler CO oluşumu: Veriler dış katmanlarda argon gazından daha fazla CO gazı olduğunu gösteriyor, bu da ters şoktan sonra CO moleküllerinin tekrar oluştuğu anlamına geliyor. Bu veriler, bir süpernova patlamasından sonra soğumanın ve toz oluşumunun nasıl gerçekleştiğini anlamak için önemlidir. Görüntüler, CO moleküllerinin şokun arkasında yeniden oluştuğunu ve ejektadaki tozu korumuş olabileceğini gösteriyor.
2. Ayrıntılı spektroskopi: Cas A’daki iki önemli alanın NIRSpec-IFU spektrumları elementlerin nasıl oluştuğu konusunda farklılıklar gösterir. Her iki bölgede de güçlü CO gaz sinyalleri vardır ve argon, silikon, kalsiyum ve magnezyum gibi çeşitli iyonize elementler gösterir. Temel CO çizgileri, CO moleküllerinin yüksek hızı nedeniyle altta süreklilik benzeri bir yapı bulunan CO temel rovibrasyonel çizgilerinin birkaç on sinüzoidal desenidir.
3. Sıcaklık içgörüleri: Araştırma, CO gazı emisyonlarına dayanarak sıcaklığın yaklaşık 1080 K olduğunu gösteriyor. Bu, tozun, moleküllerin ve yüksek iyonize gazın süpernovalarda nasıl etkileşime girdiğini anlamamıza yardımcı oluyor. Ancak yazarlar ayrıca, özellikleri 4,3-4,4 mikron arasında görünen yüksek dönme (J=90) çizgilerinde titreşim çizgileri buluyorlar. Bu çizgiler, daha sıcak (4800 K) sıcaklık bileşeninin varlığını gösteriyor ve aynı anda CO oluşumu ve yeniden oluşumunu ima ediyor. Bu kadar yüksek dönme seviyelerinden gelen CO, ilk olarak yeni JWST spektroskopisiyle Cas A’da görülüyor.
4. 11.000 ışık yılı uzaklıkta bulunan Cas A gibi süpernovalar, yüksek kütleli bir yıldızın yaklaşık 350 yıl önce hayatının sonuna gelmesiyle oluşan patlamalardır. Çekirdek çöküşü süpernovası olarak adlandırılan bu süpernovada, yıldızın iç kısmı, yıldızı besleyen nükleer yakıt tükendiğinde yerçekimi nedeniyle içe doğru çöker. Bu çöküşün geri tepmesi, yıldızın dış kabuğunu uzaya savurur ve bu patlama tüm bir galaksiyi gölgede bırakabilir.

Virginia Tech’teki Yardımcı Doçent Chris Ashall, “Genç bir süpernova kalıntısında böylesine sıcak CO görmek gerçekten dikkat çekici ve CO oluşumunun patlamadan binlerce yıl sonra bile devam ettiğini gösteriyor” dedi.

“Böyle etkileyici veri kümelerini daha önceki JWST süpernova gözlemleriyle birleştirmek, moleküllere ve toz oluşumuna giden yolu daha önce mümkün olmayan bir şekilde anlamamızı sağlayacak.”

Çığır açan görüntüler ve spektroskopi

Gözlemler, JWST’nin Yakın Kızılötesi Kamera Enstrümanı (NIRCam) ve Orta Kızılötesi Enstrümanı (MIRI) ile ayrıntılı Yakın Kızılötesi Spektrograf (NIRSpec)-Bütünsel Alan Birimleri (IFU) spektroskopisini kullandı. Ekip, senkrotron radyasyonunun (elektronlar gibi yüklü parçacıklar güçlü manyetik alanlarda yüksek hızlara çıkarıldığında yayılan ışık), argon bakımından zengin ejekta ve Cas A içindeki karbon monoksit (CO) moleküllerinin karmaşık yapılarını haritaladı. Görüntüler, JWST’nin ne kadar güçlü olduğunu vurgulayan çok ayrıntılı ve karmaşık kabuk, delik ve filament desenleri gösteriyor.

Güney Kore Seul Ulusal Üniversitesi’nde lisansüstü öğrencisi olan Seong Hyun Park, Rho ile birlikte CO2 özelliklerinin modellemesini gerçekleştirdi.

Yeni gözlemler, süpernova kalıntılarının karmaşık ve rekabet eden moleküler oluşum ve yıkım süreçlerini vurgulamaktadır. Doğrudan toz oluşumuna yol açmasa da, CO molekülleri, sonunda toz yoğunlaşmasına yol açan soğuma ve kimyasal süreçlerin kritik göstergeleridir.

Bu çalışma yeni bakış açıları sunarken, süpernovaların erken evrende toz oluşumuna ne ölçüde katkıda bulunduğuna ilişkin tartışma devam ediyor. Araştırmacılar, kozmik toz ve moleküler oluşumun gizemlerini çözmek için gelecekteki gözlemler ve araştırmalarla bu fenomenleri keşfetmeye devam edecekler.

Bulgular şunlardır: yayınlanan bu hafta Astrofizik Dergisi Mektupları.