En collectant des données provenant de deux télescopes de la NASA, les astronomes pourraient avoir résolu le mystère d'une étrange structure trouvée dans le champ de débris d'une étoile explosée. Leurs travaux ont révélé de nouveaux détails sur les restes de la star et sur l'explosion elle-même.

Cette étude du célèbre reste de supernova Cassiopée A (Cas A) utilise les données de l'observatoire à rayons X Chandra et du télescope spatial James Webb et comprend la première image de Cas A qui combine les données des deux télescopes.

L'étrange structure a été identifiée pour la première fois dans les données infrarouges de Webb d'avril 2023. L'origine de l'élément, surnommé le « Monstre vert » en raison de sa ressemblance avec le mur dans le champ gauche de Fenway Park, n'était pas claire.

Cependant, en combinant les données de Webb avec les rayons X de Chandra, les chercheurs pensent avoir traqué la source du monstre vert.

« Nous soupçonnions déjà que le monstre vert avait été créé par une onde de choc provenant de l'étoile explosée entrant en collision avec la matière qui l'entourait », a déclaré Jaco Fink de l'Université d'Amsterdam, qui dirige les travaux de Chandra. « Chandra nous a aidé à clore l'affaire. »

Lorsqu'une étoile massive a explosé pour former Cas A il y a environ 340 ans, du point de vue de la Terre, elle a créé une boule de matière et de lumière qui s'est étendue vers l'extérieur. Dans les parties extérieures de Cas A, l'onde de souffle frappe le gaz environnant que l'étoile a expulsé environ 10 000 à 100 000 ans avant l'explosion. Cela a créé un environnement favorable à la formation de poussière après le refroidissement du matériau stellaire éjecté.

Les données de Chandra révèlent des gaz chauds, provenant principalement de débris de supernova comprenant des éléments tels que le silicium et le fer, mais également d'électrons énergétiques en spirale autour des lignes de champ magnétique dans l'onde de souffle. Ces électrons s'illuminent en arcs minces à proximité de l'onde de souffle et sont également visibles dans certaines parties de l'intérieur. Webb met en évidence l'émission infrarouge de la poussière chauffée parce qu'elle est incrustée dans la scie Chandra à gaz chaud et des débris de supernova plus froids.

Malgré ce paysage stellaire chaotique, le monstre vert se démarquait clairement dans l'image originale de Webb. En analysant les données de Chandra sur le reste, Fink et ses collègues ont découvert que les filaments à l'extérieur du Cas A, générés par l'onde de souffle, correspondent étroitement aux propriétés des rayons X du monstre vert, comprenant moins de fer et de silicium que les débris de supernova. . Cela signifiait qu’il y avait une origine commune entre le monstre vert et l’onde explosive.

Les données de Chandra montrent également que la matière du monstre vert se déplace entièrement vers nous, ce qui suggère qu'il entre en collision avec le gaz éjecté de l'étoile située du côté proche de Cas A. Sa vitesse est environ la moitié de la vitesse moyenne de l'onde de souffle. , indiquant que la densité du matériau du monstre vert est bien supérieure à la densité moyenne du matériau entourant Cas A. Ce résultat pourrait aider à reconstruire l'histoire complexe de la masse perdue par l'étoile avant son explosion.

« Nous avons conclu que le monstre vert fait également partie de l'onde de choc et qu'il fait exploser la partie centrale de Cas A au lieu d'en faire partie. Nous avons ensuite supprimé numériquement le monstre vert du reste de l'image pour en savoir plus sur ce qu'il est. « C'est comme si on nous donnait un puzzle 3D terminé et que nous pouvions en retirer des parties pour voir ce qui se cache derrière », a déclaré Elsie de Luz de l'Université de Gand. En Belgique, elle est co-chercheuse de l'étude de Webb. à l'intérieur. »

Chandra voit les débris de l'étoile parce qu'ils sont chauffés à des dizaines de millions de degrés par des ondes de choc, semblables au bang sonique d'un avion supersonique. Webb peut voir des matériaux qui n’ont pas été affectés par les ondes de choc, ce que l’on pourrait appeler des débris « vierges ». Une grande partie de cela se cache derrière le monstre vert. Ainsi, la combinaison des données de Webb et Chandra donne un décompte plus complet des débris générés par l’explosion de l’étoile.

« Nous avons créé la première carte en forme de grille des débris originaux au centre de ce reste de supernova », a déclaré Dan Milisavljevic de l'Université Purdue, qui dirige l'étude de Webb et a présenté ces résultats lors de la 243e réunion de l'American Astronomical Society. Communauté à la Nouvelle-Orléans. « Personne n'a jamais vu de telles structures auparavant dans une étoile en explosion. »

Pour en savoir plus sur l'explosion de la supernova, l'équipe a comparé la vue de Webb des débris originaux de l'étoile détruite avec des cartes aux rayons X des éléments radioactifs créés dans la supernova. Ils ont utilisé les données NuSTAR (Nuclear Spectroscopique Telescope Array) de la NASA pour cartographier le titane radioactif – qui est encore visible aujourd'hui – et Chandra pour cartographier l'emplacement du nickel radioactif en mesurant l'emplacement du fer. Le nickel radioactif se désintègre pour former du fer.

Deux aspects ressortent de cette comparaison. Certains brins de débris immaculés près du centre de Cas A, vus avec Webb, sont connectés au fer vu avec Chandra plus loin. Le titane radioactif est visible là où les débris vierges sont relativement faibles.

Ces comparaisons suggèrent que les matières radioactives observées dans les rayons X ont contribué à la formation des débris originaux près du centre des restes vus par Webb, conduisant à la formation des cavités. Les minuscules structures présentes dans les débris vierges se sont probablement formées lorsque les couches internes de l'étoile se sont violemment mélangées à des matières radioactives chaudes produites lors de l'effondrement du noyau de l'étoile sous l'effet de la gravité.

« Ces données de l'enquête Webb et les résultats préliminaires, soutenus par d'autres télescopes tels que Chandra, aident à répondre aux questions non résolues sur les explosions d'étoiles massives qui ont des effets à grande échelle sur la formation et l'évolution des amas d'étoiles, ainsi que sur l'enrichissement des galaxies en métaux et en poussière. » Te Timim a dit. de l'Université de Princeton et est co-chercheur de l'étude de Webb.

Ces résultats sont décrits dans deux articles soumis à Lettres de journaux astrophysiquescelui dirigé par Dan Milisavjevic axé sur les résultats Web (Pré-imprimer ici) L'autre, dirigé par Jaco Fink, s'est concentré sur les résultats de Chandra (Pré-imprimer ici). Des articles connexes préparés par d'autres membres de l'équipe de recherche sont également en cours de préparation.