Webb verblüfft die NASA mit einem neuen, hochauflösenden Blick auf den explodierenden Stern

Magda Franke Dezember 11, 2023

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Geheimnisvolle Merkmale verbergen sich im nahen Infrarotlicht

Wie ein glänzendes, rundes Ornament, das bereit ist, an der perfekten Stelle am Weihnachtsbaum platziert zu werden, erstrahlt der Überrest der Supernova Cassiopeia A (Cas A) in einem neuen Bild des James Webb-Weltraumteleskops der NASA. im Rahmen Feiertage 2023 im Weißen Haus, First Lady der Vereinigten Staaten Dr. Jill Biden hat den allerersten Adventskalender des Weißen Hauses herausgebracht. Um die „Magie, Wunder und Freude“ der Weihnachtszeit zu demonstrieren, feiern Dr. Biden und die NASA mit diesem neuen Bild von Webb.

Obwohl alles hell ist, ist diese Szene nicht die sprichwörtliche stille Nacht. Die Webb NIRCam (Nahinfrarotkamera) von Cas A zeigt diesen Starburst mit einer Auflösung, die bei diesen Wellenlängen bisher unerreichbar war. Diese hochauflösende Ansicht enthüllt komplexe Details der expandierenden Materialhülle, die mit dem Gas kollidiert, das der Stern vor seiner Explosion freigesetzt hat.

Cas A ist einer der am besten untersuchten Supernova-Überreste im gesamten Universum. Im Laufe der Jahre entstanden bodengestützte und weltraumgestützte Observatorien, darunter auch die NASA Chandra-Röntgenobservatorium, Hubble-WeltraumteleskopUnd im Ruhestand Spitzer-Weltraumteleskop Sie erstellten ein Multiwellenlängenbild der Überreste des Körpers.

Allerdings sind Astronomen nun in eine neue Ära bei der Erforschung von Cas A eingetreten. Im April 2023 wurde Webbs MIRI-Instrument (Mid-Infrared Instrument) entdeckt. Dieses Kapitel hat begonnenund enthüllte neue und unerwartete Merkmale in der inneren Hülle des Supernova-Überrests. Viele dieser Merkmale sind im neuen NIRCam-Bild nicht sichtbar, und Astronomen untersuchen, warum.

Bild: Cassiopeia A (NIRCam)

„Wie Glasscherben“

Infrarotlicht ist für unsere Augen unsichtbar, daher übersetzen Bildprozessoren und Wissenschaftler diese Lichtwellenlängen in sichtbare Farben. In diesem neueren Bild von Cas A sind die Farben verschiedenen NIRCam-Filtern zugeordnet und jede dieser Farben zeigt eine andere Aktivität an, die innerhalb des Objekts auftritt.

Auf den ersten Blick, erscheint das NIRCam-Bild möglicherweise weniger farbenfroh als das MIRI-Bild. Dies liegt jedoch einfach an den Wellenlängen, bei denen das Material des Objekts sein Licht aussendet.

Die sichtbarsten Farben in Webbs neuem Bild sind die leuchtend orangefarbenen und hellrosa Klumpen, die die innere Kruste des Supernova-Überrests bilden. Webbs scharfe Sicht kann die kleinsten Gasklumpen aus Schwefel, Sauerstoff, Argon und Neon im Stern selbst erkennen. In diesem Gas befindet sich eine Mischung aus Staub und Partikeln, die schließlich zu Bestandteilen neuer Sterne und Planetensysteme werden. Einige der Trümmerfilamente sind so klein, dass selbst Loeb sie nicht auflösen kann, was bedeutet, dass sie einen Durchmesser von etwa 10 Milliarden Meilen (etwa 100 astronomischen Einheiten) oder weniger haben. Zum Vergleich: Die Gesamtheit von Cas A erstreckt sich über 10 Lichtjahre oder 60 Billionen Meilen.

„Dank der Auflösung von NIRCam können wir jetzt sehen, wie der sterbende Stern bei der Explosion vollständig zersprang und Filamente zurückließ, die winzigen Glasscherben ähneln“, sagte Dani Milisavljevic von der Purdue University, der das Forschungsteam leitet. „Es ist wirklich unglaublich, dass wir nach all den Jahren der Untersuchung von Cas A nun diese Details klären können, die uns einen transformativen Einblick in die Explosion dieses Sterns liefern.“

Bild: Cassiopeia A NIRCam/MIRI

Das versteckte grüne Monster

Wenn man Webbs neue Nahinfrarotansicht von Cas A mit der Mittelinfrarotansicht vergleicht, sind sein innerer Hohlraum und seine äußere Hülle seltsam farblos.

Die Ränder der Hauptinnenschale, die im MIRI-Bild in tiefem Orange und Rot erschienen, sehen jetzt aus wie Rauch von einem Lagerfeuer. Damit ist die Stelle gemeint, an der die Explosionswelle der Supernova mit der den Stern umgebenden Materie kollidiert. Der Staub in der Materie, die den Stern umgibt, ist zu kalt, um direkt bei Wellenlängen im nahen Infrarot nachgewiesen zu werden, aber er leuchtet im mittleren Infrarot.

Die Forscher sagen, dass die weiße Farbe Licht von Synchrotronstrahlung ist, die im gesamten elektromagnetischen Spektrum, einschließlich des nahen Infrarots, emittiert wird. Sie werden durch geladene Teilchen erzeugt, die sich mit extrem hoher Geschwindigkeit fortbewegen und magnetische Feldlinien umwickeln. Auch in den blasenartigen Hüllen in der unteren Hälfte des inneren Hohlraums ist Synchrotronstrahlung sichtbar.

Auf dem Nahinfrarotbild fehlte auch der grüne Lichtring im zentralen Hohlraum von Cas A, der im mittleren Infrarot leuchtete und den das Forschungsteam „Grünes Monster“ nannte. Dieses Merkmal wurde von Forschern beim ersten Betrachten als „schwer zu verstehen“ beschrieben.

Während die grüne Farbe des grünen Monsters in NIRCam nicht sichtbar ist, könnten die Überreste des Nahinfrarotlichts in dieser Region Aufschluss über dieses mysteriöse Merkmal geben. Die im MIRI-Bild sichtbaren kreisförmigen Löcher sind im NIRCam-Bild schwach durch weiße und violette Emission umrandet – dies stellt ionisiertes Gas dar. Forscher glauben, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass Supernova-Trümmer durch das Gas strömen und das Gas bilden, das der Stern vor seiner Explosion zurückgelassen hat.

Foto von : Chair Features A

Baby Cass A

Die Forscher waren auch von einem bemerkenswerten Merkmal in der unteren rechten Ecke des NIRCam-Sichtfelds überrascht. Sie nennen diesen großen, gestreiften Fleck Baby Cas A, weil er wie der Nachkomme einer großen Supernova aussieht.

Dabei handelt es sich um ein Lichtecho, bei dem das Licht der Sternexplosion vor langer Zeit eingetroffen ist und den entfernten Staub erhitzt hat, der beim Abkühlen leuchtet. Die Komplexität des Staubmusters und die scheinbare Nähe von Baby Cas A zu Cas A selbst sind für Forscher von besonderem Interesse. Tatsächlich befindet sich Baby Cas A etwa 170 Lichtjahre hinter dem Supernova-Überrest.

Es gibt auch viele kleinere Lichtechos, die über das neue Webb-Bild verstreut sind.

Der Supernova-Überrest Cas A befindet sich 11.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Kassiopeia. Aus unserer Sicht ist es schätzungsweise vor etwa 340 Jahren explodiert.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb löst die Geheimnisse unseres Sonnensystems, blickt über die fernen Welten um andere Sterne hinaus und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. WEB ist ein internationales Programm, das von der NASA mit ihren Partnern ESA (European Space Agency) und der Canadian Space Agency geleitet wird.

Medienkommunikation

Laura Betz – laura.e.betz@nasa.gov, Rob Gautreaux– rob.gutro@nasa.gov
NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.

Hannah Brown – hbraun@stsci.edu, Christine Pulliam – cpulliam@stsci.edu
Wissenschaftliches Institut für WeltraumteleskopeBaltimore, Maryland.