Imagens tricolores do JWST de Cassiopeia A, contrastando Monóxido de Carbono (CO em verde) e ejeção de Argônio (em vermelho) e emissão síncrotron (em azul). As imagens mostram que há mais gás CO nas camadas externas do que gás argônio, o que significa que as moléculas de CO estão se formando novamente após o choque reverso. Crédito: SETI Institute
Observações da mais jovem supernova de colapso de núcleo conhecida no via Láctea fornecer insights sobre as condições que levam à formação e destruição de moléculas e poeira dentro do material ejetado da supernova.
O Instituto SETI anunciou as últimas descobertas do Telescópio Espacial James Webb (JWST) do remanescente de supernova, Cassiopeia A (Cas A). Essas observações da mais jovem supernova de colapso de núcleo conhecida na Via Láctea fornecem insights sobre as condições que levam à formação e destruição de moléculas e poeira dentro do material ejetado da supernova. As descobertas do estudo mudam nossa compreensão da formação de poeira no universo primitivo nas galáxias detectadas pelo JWST 300 milhões de anos após o Big Bang.
Pesquisadores consideram supernovas, como aquelas que formaram Cas A, fontes vitais da poeira vista em galáxias distantes de alto redshift. Essas novas percepções desafiam as crenças de que a poeira se originou principalmente de estrelas de massa intermediária no ramo gigante assintótico (AGB) nas galáxias atuais.
Versão anotada da imagem acima. Crédito: SETI Institute
“É notável ver o quão brilhante é a emissão de monóxido de carbono detectada na imagem e espectroscopia NIR do JWST, mostrando algumas dezenas de padrões senoidais de linhas rovibracionais fundamentais de CO”, disse o Dr. Jeonghee Rho, cientista pesquisador sênior do Instituto SETI que liderou esta pesquisa. “Os padrões parecem ter sido gerados artificialmente.”
As principais conclusões incluem:
- Formação Molecular de CO: Os dados mostram mais gás CO nas camadas externas do que gás argônio, o que significa que as moléculas de CO estão se formando novamente após o choque reverso. Esses dados são importantes para entender como o resfriamento e a formação de poeira acontecem após uma explosão de supernova. As imagens indicam que as moléculas de CO são reformadas atrás do choque e podem ter protegido a poeira no ejetado.
- Espectroscopia detalhada: Os espectros NIRSpec-IFU de duas áreas significativas em Cas A mostram diferenças em como os elementos foram formados. Ambas as regiões têm fortes sinais de gás CO e mostram vários elementos ionizados como argônio, silício, cálcio e magnésio. As linhas fundamentais de CO são algumas dezenas de padrões sinusoidais de linhas rovibracionais fundamentais de CO com um continuum por baixo devido à alta velocidade das moléculas de CO.
- Insights de temperatura: A pesquisa mostra que a temperatura é de cerca de 1080 K, com base nas emissões de gás CO. Isso nos ajuda a entender como poeira, moléculas e gás altamente ionizado interagem em supernovas. No entanto, os autores também encontram linhas vibracionais em linhas de alta rotação (J=90), cujas características aparecem entre 4,3-4,4 mícrons. Essas linhas indicam a presença de um componente de temperatura mais quente (4800 K), implicando formação e reforma de CO ao mesmo tempo. O CO de níveis tão altos de rotação é visto pela primeira vez em Cas A com a nova espectroscopia JWST.
- Supernovas como Cas A, localizadas a 11.000 anos-luz de distância, são explosões que ocorrem quando uma estrela de alta massa chega ao fim de sua vida há cerca de 350 anos. Chamada de supernova de colapso do núcleo, o interior da estrela colapsa para dentro devido à gravidade quando o combustível nuclear que alimentava a estrela se esgota. O rebote desse colapso joga a camada externa da estrela para o espaço em uma explosão que pode ofuscar uma galáxia inteira.
“Ver CO tão quente em um remanescente de supernova jovem é realmente notável e indica que a formação de CO ainda está acontecendo centenas de anos após a explosão”, disse Chris Ashall, professor assistente na Virginia Tech. “Combinar conjuntos de dados tão impressionantes com observações anteriores de supernovas do JWST nos permitirá entender o caminho para moléculas e formação de poeira de uma forma que não era possível antes.”
Crédito: Instituto SETI
Imagens e Espectroscopia Inovadoras
As observações utilizaram o Instrumento de Câmera de Infravermelho Próximo do JWST (NIRCam) e o Instrumento de Infravermelho Médio (MEU DEUS), juntamente com espectroscopia detalhada de Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)-Integral Field Units (IFU). A equipe mapeou as estruturas intrincadas da radiação síncrotron (luz emitida quando partículas carregadas, como elétrons, são aceleradas em altas velocidades em campos magnéticos fortes), ejeções ricas em argônio e moléculas de monóxido de carbono (CO) dentro de Cas A. As imagens mostram padrões muito detalhados e intrincados de conchas, buracos e filamentos, destacando o quão poderoso é o JWST.
Espectros de infravermelho próximo (NIRSpec) das camadas norte e sul de Cas A. A banda fundamental de CO mostra formas únicas de CO, com algumas dezenas de padrões sinusoidais de linhas rovibracionais com pseudo-continuum por baixo (as duas linhas de pico são Magnésio e Argônio). Crédito: SETI Institute
Seong Hyun Park, um estudante de pós-graduação na Universidade Nacional de Seul, na Coreia do Sul, realizou a modelagem das propriedades do CO junto com Rho.
As novas observações destacam os complexos e competitivos processos de formação e destruição molecular dos remanescentes de supernovas. Embora não levem diretamente à formação de poeira, as moléculas de CO são indicadores críticos dos processos químicos e de resfriamento que eventualmente levam à condensação de poeira.
Embora este estudo ofereça novas perspectivas, o debate continua sobre a extensão em que as supernovas contribuem para a formação de poeira no universo primitivo. Os pesquisadores continuarão explorando esses fenômenos com observações e pesquisas futuras para desvendar os mistérios da poeira cósmica e da formação molecular.
Os resultados foram publicados esta semana no Revista Astrofísica como uma carta.
Referência: “Características moleculares de monóxido de carbono quente e chocantemente brilhantes no remanescente de supernova Cassiopeia A reveladas pelo JWST” por J. Rho, S.-H. Park, R. Arendt, M. Matsuura, D. Milisavljevic, T. Temim, I. De Looze, WP Blair, A. Rest, O. Fox, AP Ravi, B.-C. Koo, M. Barlow, A. Burrows, R. Chevalier, G. Clayton, R. Fesen, C. Fransson, C. Fryer, HL Gomez, H.-T. Janka, F. Kirchschlager, JM Laming, S. Orlando, D. Patnaude, G. Pavlov, P. Plucinsky, B. Posselt, F. Priestley, J. Raymond, N. Sartorio, F. Schmidt, P. Slane, N. Smith, N. Sravan, J. Vink, K. Weil, J. Wheeler e SC Yoon, 24 de junho de 2024, O Cartas de revistas astrofísicas.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad5186
