Krabí mlhovina, výzkum s pomocí Webbova teleskopu

Tým vědců použil vesmírný teleskop Jamese Webba ke studiu Krabí mlhoviny, pozůstatku supernovy, která se nachází asi 6 500 světelných let daleko v souhvězdí Býka. Pomocí přístrojů MIRI (Mid-Infared Instrument) a NIRCam (Near-Infrared Camera) tým shromáždil data, která pomáhají objasnit historii Krabí mlhoviny.

Krabí mlhovina je výsledkem kolapsu jádra hvězdy, supernovy. Samotná exploze supernovy byla viděna na Zemi v roce 1 054 n. l. a byla dostatečně jasná, aby se dala pozorovat během dne. Dnes pozorovaný mnohem slabší zbytek je rozpínající se obal plynu a prachu poháněný pulsarem, rychle rotující a vysoce magnetizovanou neutronovou hvězdou.

Krabí mlhovina je také velmi neobvyklá. Její atypické složení a velmi nízká energie výbuchu dříve vedly astronomy k domněnce, že jde o supernovu se zachycením elektronů - vzácný typ výbuchu, který vzniká z hvězdy s méně vyvinutým jádrem složeným z kyslíku, neonu a hořčíku, spíše než z hvězdy s typičtějším železným jádrem.

Předchozí studie vypočítaly celkovou kinetickou energii exploze na základě množství a současné rychlostí zbytků po explozi. Astronomové usoudili, že exploze měla relativně nízkou energii (méně než jedna desetina zářivosti normální supernovy) a hmotnost progenitorové hvězdy byla v rozmezí 8 až 10 hmotností Slunce - balancuje tak na tenké čáře mezi hvězdami, které zažijí násilnou smrt jako supernovy a těmi, které ne.

Mezi teorií elektronového záchytu supernovy a pozorováními Krabí mlhoviny však existují nesrovnalosti, zejména pozorovaný rychlý pohyb pulsaru. V posledních letech astronomové také zlepšili své chápání supernov se železným jádrem. Domnívají se, že tento typ supernov může také produkovat nízkoenergetické exploze za předpokladu, že hvězdná hmota má adekvátní složení. Aby se snížila úroveň nejistoty ohledně krabí progenitorové hvězdy a povahy exploze, vědecký tým použil Webbovy spektroskopické schopnosti, aby nahlédl do dvou oblastí ve vnitřních vláknech mlhoviny, zbytku supernovy.

Teorie předpovídají, že kvůli odlišnému chemickému složení jádra supernovy zachycující elektrony by poměr výskytu niklu k železu (Ni/Fe) měl být mnohem vyšší než poměr naměřený na našem Slunci (které obsahuje tyto prvky z předchozích generací hvězdy). Studie na konci 80. a na začátku 90. let měřily poměr Ni/Fe u Krabí mlhoviny pomocí optických a blízkých infračervených dat a zaznamenaly vysoký poměr výskytu Ni/Fe, který, jak se zdálo, upřednostňoval scénář supernovy zachycující elektrony.

Webbův teleskop se svou citlivostí v infračerveném pásmu nyní pokročil ve výzkumu Krabí mlhoviny. Tým použil spektroskopické schopnosti MIRI k měření emisních čar niklu a železa, což vedlo ke spolehlivějšímu odhadu poměru Ni/Fe. Zjistili, že poměr je větší ve srovnání se Sluncem, ale nižší ve srovnání s dřívějšími odhady.

Revidované hodnoty jsou v souladu s elektronovým záchytem, ale nevylučují explozi při kolapsu železného jádra z podobně málo hmotné hvězdy (očekává se, že exploze s vyšší energií z hvězd o vyšší hmotnosti produkují poměry Ni/Fe blíže slunečním abundanciím). Astronomové také pozorovali širší prostředí zbytku supernovy, aby porozuměli detailům synchrotronové emise a distribuce prachu.

Snímky a data shromážděná MIRI umožnily týmu poprvé izolovat prachové emise v Krabí mlhovině a zmapovat je ve vysokém rozlišení. Mapováním emisí teplého prachu pomocí Webba a dokonce jejich kombinací s daty Herschel Space Observatory o chladnějších prachových zrnech, vytvořil tým obrázek distribuce prachu: nejvzdálenější vlákna obsahují relativně teplejší prach, zatímco chladnější zrna převládají blízko centra.

• Zdroj: Investigating the origins of the Crab Nebula with Webb - New data revise our view of this unusual supernova explosion