هیولای سبز در عکس تلسکوپ‌های ناسا

اول صبح؛ ستاره‌شناسان برای اولین بار داده‌های «رصدخانه پرتو ایکس چاندرا» و «تلسکوپ فضایی جیمز وب» را ترکیب کردند تا بقایای ابرنواختر «ذات الکرسی آ» (Cassiopeia A) را مطالعه کنند.

این پژوهش به توضیح ساختار غیرمعمول موجود در بقایای ستاره نابود شده موسوم به «هیولای سبز» (Green Monster) کمک کرد که اولین بار در آوریل ۲۰۲۳ در داده‌های جیمز وب کشف شد. همچنین این پژوهش، جزئیات جدیدی را در مورد یک انفجار ارائه داد که حدود ۳۴۰ سال پیش ذات‌الکرسی آ را ایجاد کرد.

تصویر ترکیبی جدید حاوی پرتوهای ایکس از چاندرا به رنگ آبی، داده‌های فروسرخ از جیمز وب به رنگ‌های قرمز، سبز، آبی و داده‌های نوری از «تلسکوپ فضایی هابل» به رنگ‌های قرمز و سفید است. بخش‌های بیرونی تصویر نیز شامل داده‌های فروسرخ «تلسکوپ فضایی اسپیتزر» به رنگ‌های قرمز، سبز و آبی هستند. طرح کلی هیولای سبز را می‌توان در تصویر دوم مشاهده کرد.

داده‌های چاندرا گاز داغ را نشان می‌دهند که بیشتر از بقایای ابرنواختر تشکیل شده و شامل عناصری مانند سیلیکون و آهن است. در قسمت‌های بیرونی ذات‌الکرسی آ، موج انفجار در حال انبساط به گاز اطراف برخورد می‌کند که پیش از انفجار توسط ستاره به بیرون پرتاب شده بود. پرتوهای ایکس توسط الکترون‌های پرانرژی تولید می‌شوند که به دور خطوط میدان مغناطیسی در موج انفجار به شکل مارپیچ درمی‌آیند. این الکترون‌ها به صورت کمان‌های نازک در نواحی بیرونی ذات الکرسی آ و در بخش‌هایی از نواحی داخلی مشخص می‌شوند. جیمز وب، انتشار فروسرخ حاصل از غبار گرم‌شده را نشان می‌دهد زیرا در گاز داغی که چاندرا می‌بیند و در بقایای ابرنواختر بسیار سردتر ادغام شده است. داده‌های هابل، ستاره‌ها را در این میدان نشان می‌دهند.

یک تصویر جداگانه، داده‌های رنگی چاندرا را نشان می‌دهد که در آن رنگ قرمز نشان‌دهنده آهن و منیزیم در پرتو ایکس پایین، رنگ سبز نشان‌دهنده سیلیکون در پرتو ایکس متوسط و رنگ آبی نشان‌دهنده بالاترین پرتو ایکس منتشر شده از الکترون‌هایی است که به صورت مارپیچی در اطراف خطوط میدان مغناطیسی حرکت می‌کنند. طرح کلی از هیولای سبز، به علاوه مکان‌های موج انفجار و بقایای غنی از سیلیکون و آهن در این تصویر برچسب‌گذاری شده است.

تحلیل دقیق پژوهشگران نشان داد رشته‌های موجود در قسمت بیرونی ذات‌الکرسی آ که ناشی از موج انفجار هستند، با ویژگی‌های پرتو ایکس هیولای سبز، از جمله آهن و سیلیکون کمتر نسبت به بقایای ابرنواختر مطابقت دارند. تصویر رنگی چاندرا نشان می‌دهد رنگ‌های داخل طرح کلی هیولای سبز به بهترین وجه با رنگ‌های موج انفجار مطابقت دارند. پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که هیولای سبز توسط یک موج انفجار ناشی از ستاره منفجرشده پدید آمده که به مواد اطراف آن برخورد کرده است. این نتیجه از نتایج پیشین داده‌های جیمز وب پشتیبانی می‌کند.

بقایای انفجار در داده‌های چاندرا دیده می‌شوند زیرا توسط امواج ضربه‌ای مشابه انفجارهای صوتی یک هواپیمای مافوق صوت، به ده‌ها میلیون درجه حرارت می‌رسند. جیمز وب می‌تواند موادی را ببیند که تحت تأثیر امواج ضربه‌ای قرار نگرفته‌اند. این مواد را می‌توان «بقایای بکر» نامید.

این گروه پژوهشی برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر در مورد انفجار ابرنواختر، نمای جیمز وب از بقایای بکر را با نقشه‌های پرتو ایکس عناصر رادیواکتیو که در ابرنواختر ایجاد شده بودند، مقایسه کردند. آن‌ها از داده‌های «آرایه تلسکوپ طیف‌سنجی هسته‌ای» یا «نیوستار» (NuSTAR) ناسا برای نقشه‌برداری از تیتانیوم رادیواکتیو و از چاندرا برای نقشه‌برداری از نیکل رادیواکتیو با بررسی مکان‌های حاوی آهن استفاده کردند. نیکل رادیواکتیو تجزیه می‌شود و آهن را تشکیل می‌دهد. یک تصویر دیگر، بقایای غنی از آهن را به رنگ سبز، تیتانیوم رادیواکتیو را به رنگ آبی و بقایای بکر را به رنگ‌های نارنجی و زرد نشان می‌دهد.

برخی از بقایای بکر در نزدیکی مرکز ذات‌الکرسی آ که با جیمز وب دیده می‌شوند، به آهنی که چاندرا در فاصله دورتر دیده است، متصل می‌شوند. تیتانیوم رادیواکتیو در جایی دیده می‌شود که بقایای بکر نسبتا ضعیف هستند.

این مقایسه‌ها نشان می‌دهند که مواد رادیواکتیو دیده شده در پرتو ایکس به شکل‌گیری بقایای بکر در نزدیکی مرکز بقایای دیده شده با جیمز وب کمک کرده‌اند و حفره‌هایی را تشکیل داده‌اند. ساختارهای ریز موجود در بقایای بکر به احتمال زیاد زمانی تشکیل شده‌اند که لایه‌های داخلی ستاره به شدت با ماده داغ و رادیواکتیو تولیدشده در زمان فروپاشی هسته ستاره تحت تاثیر نیروی گرانش ادغام شده‌اند.