Investigando as origens da nebulosa do caranguejo com Webb da NASA

Novos dados revisam a nossa visão desta explosão incomum de supernova. 

Uma equipe de cientistas usou o Telescópio Espacial James Webb da NASA para analisar a composição da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de supernova localizado a 6.500 anos-luz de distância, na constelação de Touro. Com o MIRI (Instrumento de Infarto Médio) e a NIRCam (Câmera de Infravermelho Próximo) do telescópio , a equipe reuniu dados que estão ajudando a esclarecer a história da Nebulosa do Caranguejo. 

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA dissecou a estrutura da Nebulosa do Caranguejo, ajudando os astrónomos a continuar a avaliar as principais teorias sobre as origens do remanescente de supernova. Com os dados recolhidos pelo NIRCam (Near-Infrared Camera) e pelo MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb, uma equipa de cientistas conseguiu inspecionar em detalhe alguns dos principais componentes da Nebulosa do Caranguejo. Pela primeira vez, os astrónomos mapearam a emissão de poeira quente ao longo deste remanescente de supernova. Representados aqui como um material "fofo" magenta, os grãos de poeira formam uma estrutura semelhante a uma gaiola que é mais aparente nas partes inferior esquerda e superior direita do remanescente. Filamentos de poeira estão também espalhados pelo interior de M1 e por vezes coincidem com regiões de enxofre duplamente ionizado (enxofre III), colorido a verde. Os filamentos amarelos e brancos, que formam grandes estruturas em forma de laço à volta do centro do remanescente de supernova, representam áreas onde a poeira e o enxofre duplamente ionizado se sobrepõem. A estrutura em forma de gaiola da poeira ajuda a restringir alguma, mas não toda, a fantasmagórica emissão de sincrotrão representada a azul. A emissão assemelha-se a nuvens de fumo, sendo mais notória na direção do centro de Messier 1. As finas "fitas" azuis seguem as linhas do campo magnético criadas pelo coração pulsar do Caranguejo - uma estrela de neutrões em rápida rotação.  Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, T. Temim (Universidade de Princeton) 

A Nebulosa do Caranguejo é o resultado do colapso do núcleo de uma supernova resultante da morte de uma estrela massiva. A própria explosão da supernova foi vista na Terra em 1054 dC e era brilhante o suficiente para ser vista durante o dia. O remanescente muito mais fraco observado hoje é uma concha em expansão de gás e poeira, e um vento que sai alimentado por um pulsar , uma estrela de nêutrons altamente magnetizada e de rotação rápida  . 

A Nebulosa do Caranguejo também é altamente incomum. Sua composição atípica e energia de explosão muito baixa foram explicadas anteriormente por uma supernova de captura de elétrons - um tipo raro de explosão que surge de uma estrela com um núcleo menos evoluído feito de oxigênio, néon e magnésio, em vez de um núcleo de ferro mais típico. essencial.

 “Agora, os dados do Webb ampliam as interpretações possíveis”, disse Tea Temim, principal autor do estudo na Universidade de Princeton, em Nova Jersey. “A composição do gás não requer mais uma explosão de captura de elétrons, mas também pode ser explicada por uma fraca supernova com colapso do núcleo de ferro.” 

Estudando o presente para compreender o passado

Esforços de pesquisa anteriores calcularam a energia cinética total da explosão com base na quantidade e nas velocidades do material ejetado atual. Os astrônomos deduziram que a natureza da explosão foi de energia relativamente baixa (menos de um décimo da de uma supernova normal), e a massa da estrela progenitora estava na faixa de oito a 10 massas solares - oscilando na linha tênue entre as estrelas. que experimentam uma morte violenta de supernova e aqueles que não o fazem. 

No entanto, existem inconsistências entre a teoria da supernova de captura de elétrons e as observações do Caranguejo, particularmente o movimento rápido observado do pulsar. Nos últimos anos, os astrónomos também melhoraram a sua compreensão das supernovas com colapso do núcleo de ferro e pensam agora que este tipo também pode produzir explosões de baixa energia, desde que a massa estelar seja adequadamente baixa. 

Webb Measurements reconcilia resultados históricos

Para diminuir o nível de incerteza em torno da estrela progenitora do Caranguejo e da natureza da explosão, a equipa liderada por Temim usou as capacidades espectroscópicas de Webb para focar em duas áreas localizadas dentro dos filamentos internos do Caranguejo. 

As teorias prevêem que, devido à diferente composição química do núcleo de uma supernova de captura de elétrons, a proporção de abundância de níquel para ferro (Ni/Fe) deveria ser muito maior do que a proporção medida em nosso Sol (que contém esses elementos de gerações anteriores de estrelas). Estudos no final da década de 1980 e início da década de 1990 mediram a relação Ni/Fe dentro do Caranguejo usando dados ópticos e de infravermelho próximo e observaram uma alta relação de abundância de Ni/Fe que parecia favorecer o cenário de supernova de captura de elétrons. 

O telescópio Webb, com as suas sensíveis capacidades infravermelhas, está agora a avançar na investigação da Nebulosa do Caranguejo. A equipe usou as habilidades espectroscópicas do MIRI para medir as linhas de emissão de níquel e ferro , resultando em uma estimativa mais confiável da relação de abundância de Ni/Fe. Eles descobriram que a proporção ainda era elevada em comparação com o Sol, mas apenas modestamente e muito mais baixa em comparação com estimativas anteriores. 

Os valores revistos são consistentes com a captura de electrões, mas não excluem uma explosão de colapso do núcleo de ferro de uma estrela de massa igualmente baixa. (Espera-se que explosões de maior energia provenientes de estrelas de maior massa produzam proporções mais próximas das abundâncias solares.) Será necessário mais trabalho observacional e teórico para distinguir entre estas duas possibilidades. 

“Atualmente, os dados espectrais de Webb cobrem duas pequenas regiões do Caranguejo, por isso é importante estudar muito mais o remanescente e identificar quaisquer variações espaciais”, disse Martin Laming, do Laboratório de Pesquisa Naval em Washington e co-autor do livro. o papel. “Seria interessante ver se conseguiríamos identificar linhas de emissão de outros elementos, como cobalto ou germânio.” 

Mapeando o estado atual do caranguejo

Além de extrair dados espectrais de duas pequenas regiões do interior da Nebulosa do Caranguejo para medir a proporção de abundância, o telescópio também observou o ambiente mais amplo do remanescente para compreender detalhes da emissão síncrotron e da distribuição de poeira. 

As imagens e dados recolhidos pelo MIRI permitiram à equipa isolar a emissão de poeira dentro do Caranguejo e mapeá-la em alta resolução pela primeira vez. Ao mapear a emissão de poeira quente com o Webb, e até mesmo combiná-la com os dados do Observatório Espacial Herschel sobre grãos de poeira mais frios, a equipe criou uma imagem completa da distribuição de poeira: os filamentos mais externos contêm poeira relativamente mais quente, enquanto os grãos mais frios são predominantes. perto do centro. 

“O local onde a poeira é vista no Caranguejo é interessante porque difere de outros remanescentes de supernova, como Cassiopeia A e Supernova 1987A ”, disse Nathan Smith, do Observatório Steward da Universidade do Arizona e coautor do artigo. objetos, a poeira está bem no centro. No Caranguejo, a poeira é encontrada nos filamentos densos da camada externa. A Nebulosa do Caranguejo segue uma tradição na astronomia: os objetos mais próximos, mais brilhantes e mais bem estudados tendem a. ser bizarro.” 

Estas descobertas foram aceites para publicação no The Astrophysical Journal Letters .

As observações foram realizadas como parte do programa General Observer 1714 .

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