«Джеймс Уэбб» раскрывает тайны космической пыли: новые данные о сверхновой Кассиопея А меняют понимание пыли в ранней Вселенной

Сверхновые, подобные Кассиопее А, могут быть важными источниками пыли в ранних галактиках

Институт SETI объявил о новых результатах, полученных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), которые проливают свет на условия формирования и разрушения молекул и пыли в выбросах сверхновых. Эти наблюдения касаются остатка сверхновой Кассиопея А (Cas A), самой молодой из известных сверхновых с коллапсом ядра во Млечном Пути, расположенной на расстоянии около 11 000 световых лет от Земли.

Новые данные JWST меняют понимание образования пыли в ранней Вселенной, особенно в галактиках, обнаруженных телескопом через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Ранее считалось, что пыль в первую очередь образуется из звёзд средней массы на асимптотической ветви гигантов (AGB) в современных галактиках. Однако результаты исследования указывают на то, что сверхновые, подобные той, которая образовала Cas A, могут быть важными источниками пыли в далёких галактиках с высоким красным смещением.

Доктор Джохги Ро (Jeohghee Rho), научный сотрудник Института SETI, который руководил исследованием, отметил: «Удивительно видеть, насколько яркое излучение обнаружено в ближнем инфракрасном диапазоне спектроскопии JWST, показывая несколько десятков синусоидальных узоров фундаментальных линий CO. Узоры выглядят так, как будто они были созданы искусственно».

Исследование помогло прояснить образование молекулярного CO: данные показывают больше газа CO во внешних слоях, чем газа аргона, что указывает на повторное образование молекул CO после обратной волны. Эти данные важны для понимания процессов охлаждения и образования пыли после вспышки сверхновой. Данные JWST демонстрируют, что молекулы CO повторно образуются после вспышки и, возможно, даже защищают от разрушения пыль в выбросе.

Подробная спектроскопия благодаря спектрам NIRSpec-IFU двух важных областей в Cas A показывает различия в формировании элементов. Обе области имеют сильные сигналы газа CO и содержат различные ионизированные элементы, такие как аргон, кремний, кальций и магний.

Кроме того, исследование на основе выбросов газа CO показывает, что температура исследуемых областей составляет около 1080 К. Это помогает понять, как пыль, молекулы и высокоионизированный газ взаимодействуют в сверхновых. Однако авторы также обнаружили линии, которые указывают на наличие более горячего (4800 К) температурного компонента, что подразумевает образование и преобразование CO одновременно. CO с таких высоких уровней впервые обнаружен в Cas A с помощью новой спектроскопии JWST.

Крис Эшолл (Chris Ashall), доцент Политехнического университета Вирджинии, отметил: «Наблюдение такого горячего CO в остатке сверхновой поистине удивительно и свидетельствует о том, что образование CO всё ещё происходит спустя тысячи лет после взрыва».

Наблюдения были проведены с помощью инструментов камеры ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRCam) и инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI), а также детальной спектроскопии спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec).

Команда составила карту сложных структур излучения, богатых аргоном выбросов и молекул оксида углерода (CO) внутри Cas A. Эти наблюдения подчёркивают сложные процессы, запущенные разрушением остатков сверхновых. Хотя молекулы CO не приводят напрямую к образованию пыли, они являются важными индикаторами процессов охлаждения и химических процессов, которые в конечном итоге приводят к конденсации пыли.

Хотя это исследование предлагает новые ракурсы на существующие теории, продолжаются дебаты относительно того, в какой степени сверхновые способствуют образованию пыли в ранней Вселенной. Исследователи продолжат изучать эти явления с помощью будущих наблюдений и исследований, чтобы лучше понять природу космической пыли и молекулярного образования.