مشاهدات ابرنواختر از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) دریچه‌ای به سوی تماشای شگفت‌انگیز جهان باز کرده است. کارشناسان مؤسسه SETI جزئیات جدیدی از جوان‌ترین ابرنواختر فروپاشی هسته‌ای شناخته‌شده در کهکشان راه شیری، معروف به Cassiopeia A، را فاش کرده‌اند.
تیمی که پشت این مطالعه است، در حال بازنگری درک ما از فرآیندهای پیچیده‌ای است که در تشکیل و تخریب مولکول‌ها و گرد و غبار در بقایای ابرنواخترها دخیل هستند.
این کشف چشمگیر نه تنها بینش‌های جدیدی از چرخه زندگی ستارگان ارائه می‌دهد، بلکه دانش ما را درباره عناصری کیهانی که به پیچیدگی و تنوع جهان کمک می‌کنند، افزایش می‌دهد.
بررسی یک ابرنواختر با JWST
غیرمنتظره‌ترین جنبه این مشاهدات، انتشار زنده مونوکسید کربن (CO) است که توسط تصویربرداری و طیف‌سنجی نزدیک به فروسرخ JWST به تصویر کشیده شده است (تصویر کامل). نویسندگان این مطالعه انتشار CO را “به طرز شوکه کننده‌ای روشن” توصیف کرده‌اند.
دکتر جئونگی رو، دانشمند پژوهشی در مؤسسه SETI که این تحقیق را رهبری کرده است، گفت: “دیدن انتشار بسیار روشن مونوکسید کربن در تصویربرداری و طیف‌سنجی نزدیک به فروسرخ JWST شگفت‌آور است، نشان دهنده چند ده الگوی سینوسی خطوط بنیادی رو-ویبراسیونی CO است. این الگوها شبیه به الگویی مصنوعی به نظر می‌رسند.”
یافته‌های این پژوهش سه حوزه کلیدی Cassiopeia A را پوشش می‌دهد. تیم پژوهشی به بررسی تشکیل مولکولی، طیف‌سنجی دقیق و نشانه‌های دمایی بقایای ابرنواختر پرداخته‌اند.
شیمی بقایای ابرنواخترها
مشاهدات نشان‌دهنده وجود فراوانی از گاز CO در لایه‌های خارجی ابرنواختر است که به مراتب بیشتر از میزان گاز آرگون کشف شده است.
این حضور قابل‌توجه مولکول‌های CO در بیرونی‌ترین مناطق ابرنواختر یک کشف چشمگیر است و به فرآیندهای ناشناخته‌ای اشاره دارد.
پروفسور کریس اشال از دانشگاه ویرجینیا تک گفت: “دیدن چنین CO داغی در یک بقایای جوان ابرنواختر واقعاً چشمگیر است و نشان می‌دهد که تشکیل CO هنوز هزاران سال پس از انفجار ادامه دارد.”
فراوانی مونوکسید کربن نشان‌دهنده نوعی تجدید مولکولی شگفت‌انگیز است – مولکول‌های CO ممکن است پس از شوک معکوس انفجار ابرنواختر دوباره شکل بگیرند.
این شوک معکوس، که زمانی اتفاق می‌افتد که موج انفجار به سمت خود بازتاب می‌کند، شرایطی ایجاد می‌کند که ممکن است تشکیل مجدد این مولکول‌ها را تسهیل کند.
این ایده که CO می‌تواند در چنین محیط ناآرام و پرانرژی بازسازی شود، فرضیات قبلی درباره پایداری و پویایی ساختارهای مولکولی در بقایای ابرنواخترها را به چالش می‌کشد.
علاوه بر این، این مولکول‌ها ممکن است نقش مهمی در حفظ گرد و غبار در داخل اکتاف داشته باشند و به درک ما از خنک شدن و تشکیل گرد و غبار پس از انفجار ابرنواختر کمک کنند.
چشم‌اندازی جدید به تشکیل عناصر
پژوهشگران همچنین تفاوت‌های قابل توجهی در تشکیل عناصر در دو منطقه متمایز Cassiopeia A مشاهده کردند.
هر دو منطقه سیگنال‌های قوی گاز CO و عناصر یونیزه شده مختلفی مانند آرگون، سیلیکون، کلسیم و منیزیم را نشان دادند.
این تنوع، نگاهی منحصربه‌فرد به سرعت بالای مولکول‌های CO و خطوط بنیادی رو-ویبراسیونی آن‌ها ارائه می‌دهد که نشان‌دهنده انتقالات مرتبط با تغییرات در حالت‌های ارتعاشی و چرخشی است.
بر اساس انتشار گاز CO، تیم پژوهشی توانست دمای تقریبی ابرنواختر را تخمین بزند – عددی نزدیک به 1080 درجه کلوین.
علاوه بر این، خطوط چرخشی بالا نشان‌دهنده وجود یک جزء داغ‌تر بود که نشان می‌دهد تشکیل و بازتشکیل CO می‌تواند به‌طور همزمان اتفاق بیفتد.
گاز بسیار داغ در Cassiopeia A
ابرنواخترها، مانند آنچه که Cassiopeia A را تشکیل داده است، انفجارهای کیهانی هستند که پایان زندگی یک ستاره با جرم بالا را نشان می‌دهند. این زمانی رخ می‌دهد که سوخت هسته‌ای که ستاره را نیرو می‌بخشد به پایان می‌رسد و باعث می‌شود ستاره تحت جاذبه خود فرو بریزد.
پیامد آن یک نمایش کیهانی است – پوسته خارجی ستاره به‌طور خشونت‌آمیزی به فضا پرتاب می‌شود و یک کهکشان کامل را خیره‌کننده می‌سازد.
ظهور CO بسیار داغ در یک بقایای جوان ابرنواختر واقعاً خارق‌العاده است و نشان‌دهنده تشکیل مداوم CO مدت‌ها پس از انفجار اولیه است.
قدرت JWST
این دستاورد با بهره‌گیری از ابزار دوربین نزدیک به فروسرخ JWST (NIRCam)، ابزار میانی فروسرخ (MIRI)، و طیف‌سنجی دقیق واحدهای میدان انتگرالی (IFU) نزدیک به فروسرخ (NIRSpec) به دست آمد.
تلاش مشترک بین مؤسسه SETI و دانشگاه ملی سئول به تیم پژوهشی این امکان را داد تا ساختارهای پیچیده تابش سینکروترون، اکتاف غنی از آرگون و مولکول‌های CO را در Cassiopeia A (Cas A) نقشه‌برداری کنند. این پژوهش قدرت واقعی تلسکوپ فضایی جیمز وب را نشان می‌دهد.
نقش دقیق ابرنواخترها در تشکیل گرد و غبار در جهان اولیه همچنان یک بحث باز است. مشاهدات و پژوهش‌های آینده، به هدایت توانمندی‌های قدرتمند JWST، به کشف رازهای گرد و غبار کیهانی و تشکیل مولکول‌ها ادامه خواهد داد.
این مطالعه در مجله The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
