یک تیم از دانشمندان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) ناسا به تحلیل ترکیب سحابی خرچنگ، بقایای یک ابرنواختر در صورت فلکی گاو، پرداختند.
با استفاده از ابزار MIRI (ابزار میان‌فروسرخ) و NIRCam (دوربین نزدیک‌فروسرخ) این تلسکوپ، محققان داده‌هایی جمع‌آوری کردند تا تاریخچه سحابی خرچنگ را بهتر درک کنند.
پوسته‌ی گسترش‌یافته‌ی گاز و غبار
سحابی خرچنگ از یک ابرنواختر ناشی از فروپاشی هسته‌ای شکل گرفته است، یعنی مرگ انفجاری یک ستاره عظیم که از زمین در سال 1054 میلادی مشاهده شد. امروزه این سحابی به عنوان پوسته‌ای گسترش‌یافته از گاز و غبار شناخته می‌شود که توسط یک تپ‌اختر، یک ستاره نوترونی با چرخش سریع و بسیار مغناطیسی، انرژی می‌گیرد.
سحابی خرچنگ به دلیل ترکیب غیرمعمول و انرژی انفجاری کم خود منحصر به فرد است. پیشتر این ویژگی‌ها به ابرنواختر ناشی از گیراندازی الکترون نسبت داده می‌شد، که نوعی انفجار نادر از ستاره‌ای با هسته اکسیژن، نئون و منیزیم است.
“اکنون داده‌های وب دامنه تفسیرهای ممکن را گسترش می‌دهند” “ترکیب گاز دیگر نیازمند انفجار ناشی از گیراندازی الکترون نیست و می‌تواند توسط یک ابرنواختر ضعیف ناشی از فروپاشی هسته آهن نیز توضیح داده شود.”
تی‌ا تمیم، نویسنده ارشد و اخترفیزیکدان در دانشگاه پرینستون
ماهیت اسرارآمیز انفجار سحابی خرچنگ
تحقیقات گذشته انرژی انفجار و جرم ستاره پیشین را تخمین زده بودند، که نشان‌دهنده یک انفجار با انرژی نسبتاً کم و جرم ستاره‌ای بین هشت تا ده برابر جرم خورشید بود.
با این حال، تناقضاتی بین نظریه ابرنواختر ناشی از گیراندازی الکترون و مشاهدات، مانند حرکت سریع تپ‌اختر، باقی مانده بود.
درک بهبود یافته از ابرنواخترهای ناشی از فروپاشی هسته آهن نشان می‌دهد که آنها نیز می‌توانند انفجارهای کم انرژی تولید کنند اگر جرم ستاره به اندازه کافی کم باشد.
برای بهبود فهم از ستاره پیشین سحابی و ماهیت انفجار، تیم تمیم از قابلیت‌های طیف‌سنجی وب برای بررسی دو منطقه درون رشته‌های داخلی سحابی خرچنگ استفاده کردند.
قابلیت‌های پیشرفته فروسرخ وب
مطالعات پیشین نسبت بالای نیکل به آهن (Ni/Fe) در سحابی خرچنگ را مشاهده کرده بودند که از سناریوی ابرنواختر ناشی از گیراندازی الکترون حمایت می‌کرد.
با این حال، قابلیت‌های پیشرفته فروسرخ وب نسبت Ni/Fe قابل اعتمادتری ارائه داد که نشان می‌دهد این نسبت افزایش یافته اما کمتر از تخمین‌های قبلی است. این امر از هر دو سناریوی ابرنواختر ناشی از گیراندازی الکترون و فروپاشی هسته آهن با جرم کم حمایت می‌کند.
“در حال حاضر، داده‌های طیفی وب دو منطقه کوچک از خرچنگ را پوشش می‌دهد، بنابراین مهم است که بخش‌های بیشتری از این باقیمانده را مطالعه کرده و هر گونه تغییرات مکانی را شناسایی کنیم”
مارتین لمینگ، هم‌نویسنده و دانشمند در آزمایشگاه تحقیقات دریایی در واشنگتن
مطالعات آینده ممکن است خطوط انتشاری از عناصر دیگر مانند کبالت یا ژرمانیم را بررسی کنند تا نوع انفجار را بیشتر روشن کنند.
توزیع غبار در سحابی خرچنگ
علاوه بر داده‌های طیفی، وب محیط گسترده‌تر سحابی خرچنگ را مشاهده کرده و انتشار سینکروترونی و توزیع غبار را با جزئیات بررسی کرد. داده‌های MIRI به تیم اجازه داد تا انتشار غبار را با وضوح بالا نقشه‌برداری کنند و غبار گرم‌تر را در رشته‌های بیرونی و دانه‌های خنک‌تر را در نزدیکی مرکز نشان دهند.
“محل مشاهده غبار در خرچنگ جالب است زیرا با سایر بقایای ابرنواختر، مانند Cassiopeia A و Supernova 1987A، متفاوت است”
“در آن اجرام، غبار در مرکز بسیار متراکم است. در خرچنگ، غبار در رشته‌های متراکم پوسته بیرونی یافت می‌شود. سحابی خرچنگ به سنتی در اخترشناسی وفادار است: نزدیک‌ترین، درخشان‌ترین و بیشترین مطالعه‌شده‌ترین اجرام تمایل به غیرمعمول بودن دارند.”
ناتان اسمیت، هم‌نویسنده و اخترشناس در رصدخانه استیوارد دانشگاه آریزونا
بیشتر درباره سحابی خرچنگ
سحابی خرچنگ، که به عنوان مسیه 1 (M1) نیز شناخته می‌شود، برای اولین بار توسط منجمان چینی در سال 1054 میلادی مشاهده شد که یک “ستاره مهمان” را که حتی در طول روز برای چند هفته قابل مشاهده بود، ثبت کردند.
سحابی که امروز می‌بینیم نتیجه انفجار ابرنواختری، مرگ یک ستاره عظیم است. این انفجار مقدار عظیمی از انرژی آزاد کرد و مواد را با سرعت بالا به خارج پرتاب کرد.
سحابی خرچنگ حدود 6500 سال نوری از زمین فاصله دارد و قطر آن تقریباً 11 سال نوری است.
تپ‌اختر خرچنگ
در مرکز آن، تپ‌اختر خرچنگ قرار دارد، یک ستاره نوترونی با چرخش سریع که پالس‌های تشعشعی ارسال می‌کند. این تپ‌اختر حدود 30 بار در ثانیه می‌چرخد، میدان‌های مغناطیسی قوی تولید می‌کند و ذرات را به سرعت‌های نزدیک به سرعت نور تسریع می‌کند.
این ذرات با میدان‌های مغناطیسی و مواد اطراف تعامل داشته و باعث می‌شوند سحابی در سراسر طیف الکترومغناطیسی، از امواج رادیویی تا پرتوهای گاما، تابش کند.
ساختار درخشان
ساختار پیچیده سحابی شامل رشته‌های گاز و غبار است که به دلیل انرژی فراهم شده توسط تپ‌اختر می‌درخشند. این رشته‌ها عمدتاً از هیدروژن و هلیوم یونیزه تشکیل شده‌اند، همراه با مقادیر کمی از عناصر سنگین‌تر.
سحابی به‌شدت مطالعه‌شده
سحابی خرچنگ یکی از پرمطالعه‌ترین اجرام آسمانی است به دلیل اهمیت تاریخی و ثروت اطلاعاتی که درباره ابرنواخترها و چرخه‌های زندگی ستاره‌ها فراهم می‌کند.
تشعشعات آن در طول موج‌های مختلف به منجمان کمک کرده است تا فرآیندهای فیزیکی پس از انفجارهای ابرنواختری و ماهیت تپ‌اخترها را درک کنند.
اعتبار تصویر: NASA، ESA، CSA، STScI، تی‌ا تمیم (دانشگاه پرینستون)
این مطالعه در مجله The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
