Piękny koniec gwiazdy. Takim widzimy go po raz pierwszy

Co dzieje się, gdy gwiazda kończy swoje istnienie jako obiekt spalający w swoim wnętrzu wodór, a potem zależnie od masy, kolejne coraz cięższe pierwiastki? Dziś wiemy, że możliwe jest w przypadku tych bardzo masywnych obiektów nagłe ich zapadnięcie się do czarnej dziury bez jakichkolwiek śladów po wcześniejszym istnieniu lub inne anomalie podczas wybuchu. Jednak najczęściej gwiazda odrzuca sporą część swojej masy, składającą się z różnych pierwiastków, a te z czasem dołączają do rezerwuaru materii, która w dalszej jeszcze przyszłości posłuży jako budulec kolejnych gwiazd.

Jednak zanim to nastąpi, przez tysiące, a może i miliony lat, odrzucona przez gwiazdę materia tworzy obiekty o pięknym kształcie. W przypadku Cassiopea A źródłem była eksplozja supernowej, która nastąpiła około 11340 lat temu w odległości 11000 tysięcy lat świetlnych. Rozmiar powstałej w wyniku wybuchu mgławicy materii, sugeruje z kolei, że widzimy obiekt około 340 lat po eksplozji i stąd ten wcześniejszy szacunek. To oprócz Słońca najsilniejsze źródło promieniowania radiowego na niebie.

Najbardziej znana pozostałość supernowej, którą poznajemy jeszcze lepiej

Cassiopea A (Cas A, Kasjopea A) jest jedną z najlepiej zbadanych pozostałości po eksplozji supernowej, choć samej eksplozji prawdopodobnie nie udało się zanotować obserwatorom w XVII wieku lub umknęła ich uwadze ze względu na duże osłabienie światła przez bardzo dużą ilość odrzuconej przed wybuchem materii. Gwiazda, z której powstała Cassiopea A była bowiem bardzo masywna.

Mozaika starych zdjęć Cassiopea A z Hubble'a, Spitzera i Chandry (po lewej), a po prawej od góry zdjęcie z Hubble'a i naziemnego teleskopu 60 cm (fot: NGC1535 / CC BY-SA 4.0)

Są inne pozostałości po supernowych, także bardzo malownicze, a ich wygląd często zależy od perspektywy z jakiej obserwator na Ziemi ma okazję przyglądać się odrzuconej materii, a także tego jaka dokładnie gwiazda odpowiada za jej powstanie. Cassiopea A jest jednak wyjątkowo piękną i kolorową pozostałością po supernowej, a na dodatek kryje w sobie zagadkę, którą ujawniły obserwacje Webba.

Dwie twarze Cassiopea A na dwóch zdjęciach z teleskopu Webba

Teleskop kosmiczny najpierw, w kwietniu 2023, a potem w grudniu 2023, wykonał obserwacje w różnych długościach fal podczerwieni. Dzięki temu, że jest to jeden instrument, nie musimy kompilować danych z różnych urządzeń, możemy wygodnie porównywać fotografie w średniej podczerwieni (instrument MIRI, fotografia po prawej) i bliższej podczerwieni (instrument NIRCam, fotografia po lewej).

Na dodatek te obserwacje mają największą obecnie rozdzielczość, dzięki czemu obiekt o średnicy około 10 lat świetlnych, możemy badać bardzo dokładnie. Najmniejsze dostrzegalne struktury mają rozmiar około 100 jednostek astronomicznych (dla porównania odległość Słońce - Neptun to 30 jednostek astronomicznych).

Okazuje się, że wiele struktur widocznych na zdjęciu z kwietnia w średniej podczerwieni nie jest widocznych na zdjęciu grudniowym i odpowiedź na pytanie „dlaczego?” jest teraz najważniejszym zadaniem astronomów, którzy postanowili sfotografować Cassiopea A z pomocą Webba.

Dlaczego zdjęcia w bliskiej i średniej podczerwieni są tak różne?

Za różne kolory (są one oczywiście sztucznie dobrane, bo ludzkie oko nie rejestruje podczerwieni) na zdjęciu odpowiadają różne pierwiastki, które znajdowały się wcześniej w gwieździe, ale też różne procesy, zachodzące w rozszerzającej się mgławicy. Zwykle po wykonaniu zdjęć przez instrumenty NIRCam i MIRI dostajemy także ich połączenie, jednak w tym przypadku nie jest to wskazane, gdyż piękno każdego z obrazów uległoby zatarciu.

Zdjęcie Cassiopea A w bliskiej podczerwieni z teleskopu Webba i zbliżenie detali (fot: ESA)

W przypadku zdjęcia z MIRI, obraz przypominający płomienie jak to określili astronomowie, to wynik zderzenia się materii wyrzuconej z gwiazdy z materią międzygwiazdową. Ta druga jest zbyt chłodna, by zobaczyć ją dobrze na zdjęciach z NIRCam, bo im bliższa podczerwień tym gorętsze musi być źródło. Również inne elementy zdjęcia z MIRI, które na zdjęciach z NIRCam są słabo widoczne, są manifestacją zjawisk zachodzących w wyniku oddziaływania odrzuconej materii i promieniowania z materią otoczenia.

Na zdjęciu z NIRCam widoczne są także tak zwane echa supernowej, które są wynikiem pobudzenia do świecenia odleglejszych skupisk pyłu. Najbardziej charakterystyczna jest nazwana przez astronomów Baby Cas A, struktura, która widzimy dokładnie w dolnym prawym rogu zdjęcia.

Źródło: Webb, inf. własna