Uma nova pesquisa sugere que o Monstro Verde – uma estrutura curiosa detectada pela primeira vez nos dados do Webb em abril de 2023 – veio daquela onda de choque que atingiu o material que cercava o remanescente da supernova Cassiopeia A.
Esta imagem composta mostra a estrutura do Monstro Verde dentro do remanescente de supernova Cassiopeia A. Crédito da imagem: NASA / CXC / SAO / ESA / STScI / CSA / Milisavljevic e outros. / JPL / Caltech / J. Schmidt / K. Arcand.
Cassiopeia A está localizada a cerca de 11.000 anos-luz de distância da Terra, na constelação de Cassiopeia.
Também conhecido como Cas A, SNR G111.7-02.1 ou NRAO 711, o objeto se estende por aproximadamente 10 anos-luz.
Quando a estrela original ficou sem combustível, ela entrou em colapso e explodiu como uma supernova, possivelmente tornando-se brevemente um dos objetos mais brilhantes do céu.
Embora os astrónomos pensem que isto aconteceu por volta do ano 1680, não existem registos históricos verificáveis que confirmem isto.
Uma estrutura curiosa apelidada de Monstro Verde foi identificada pela primeira vez em dados infravermelhos do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA em abril de 2023, mas a sua origem não era clara.
No entanto, ao combinar os dados do Webb com os raios X do Observatório de Raios X Chandra da NASA, os astrónomos pensam ter descoberto a origem desta característica.
“Já suspeitávamos que o Monstro Verde foi criado por uma onda de choque da estrela explodida que atingiu o material que a rodeava. Chandra nos ajudou a resolver o caso”, disse o Dr. Jacco Vink, astrônomo da Universidade de Amsterdã.
Quando uma estrela massiva explodiu para criar Cassiopeia A há cerca de 340 anos, da perspectiva da Terra, criou uma bola de matéria e luz que se expandiu para fora. Nas partes externas de Cassiopeia A, a onda de explosão atinge o gás circundante que foi ejetado pela estrela entre cerca de 10.000 e 100.000 anos antes da explosão.
Isso formou um ambiente favorável para a formação de poeira depois que o material estelar ejetado esfriou.
Os dados do Chandra revelam gás quente, principalmente proveniente de detritos de supernova, incluindo elementos como silício e ferro, mas também de eletrões energéticos que espiralam em torno das linhas do campo magnético na onda de explosão.
Esses elétrons acendem como arcos finos perto da onda de choque e também aparecem em partes do interior.
Webb destaca a emissão infravermelha da poeira que é aquecida porque está incorporada no gás quente visto pelo Chandra e de detritos de supernova muito mais frios.
Apesar desta cena estelar caótica, o Monstro Verde se destacou claramente na imagem original de Webb.
Ao analisar os dados do remanescente do Chandra, o Dr. Vink e colegas descobriram que os filamentos na parte externa de Cassiopeia A, da onda de explosão, correspondiam de perto às propriedades de raios X do Monstro Verde, incluindo menos ferro e silício do que na supernova. destroços.
Isto implica uma origem comum para o Monstro Verde e a onda de choque.
Os dados do Chandra também mostram que todo o material do Monstro Verde está a mover-se na nossa direcção, indicando que está a penetrar no gás ejectado pela estrela no lado mais próximo de Cassiopeia A.
A sua velocidade é cerca de metade da velocidade média da onda de choque, sugerindo que a densidade do material no Monstro Verde é muito maior do que a densidade média do material que rodeia Cassiopeia A.
Este resultado pode ajudar a reconstruir a complicada história da massa perdida pela estrela antes de explodir.
“Concluímos que o Monstro Verde também faz parte da onda de explosão e está bombardeando a parte central da Cassiopeia A, em vez de fazer parte dela”, disse a Dra. Ilse De Looze, astrônoma da Universidade de Ghent.
“Em seguida, removemos digitalmente o Monstro Verde do resto da imagem para saber mais sobre o que está por trás dele.”
“É como se tivéssemos recebido um quebra-cabeça 3D completo e pudéssemos retirar as peças para ver o que há dentro.”
Os detritos da estrela são vistos pelo Chandra porque são aquecidos a dezenas de milhões de graus por ondas de choque, semelhantes às explosões sónicas de um avião supersónico.
Webb pode ver algum material que não foi afetado pelas ondas de choque, o que pode ser chamado de detritos primitivos. Muito disso está por trás do Monstro Verde.
A combinação dos dados do Webb e do Chandra fornece, portanto, um censo mais completo dos detritos da estrela que explodiu.
“Fizemos o primeiro mapa dos detritos imaculados em forma de teia no centro deste remanescente de supernova”, disse o Dr. Dan Milisavljevic, astrônomo da Universidade Purdue.
“Ninguém nunca viu estruturas como esta antes numa estrela que explodiu.”
Para aprender mais sobre a explosão da supernova, os astrónomos compararam a visão Webb dos detritos primitivos da estrela destruída com mapas de raios-X de elementos radioactivos que foram criados na supernova.
Eles usaram dados NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA para mapear o titânio radioativo – ainda visível hoje – e Chandra para mapear onde o níquel radioativo – que decai para formar ferro – estava medindo a localização do ferro.
Dois aspectos se destacaram nesta comparação. Alguns filamentos de detritos imaculados perto do centro de Cassiopeia A, vistos com Webb, estão conectados ao ferro visto com Chandra mais distante. O titânio radioativo é visto onde os detritos originais são relativamente fracos.
Estas comparações sugerem que o material radioativo visto nos raios X ajudou a moldar os detritos imaculados perto do centro do remanescente visto com Webb, formando cavidades.
As estruturas finas nos detritos primitivos foram provavelmente formadas quando as camadas internas da estrela foram violentamente misturadas com matéria radioativa quente produzida durante o colapso do núcleo da estrela sob a gravidade.
“Estes dados do inquérito Webb e descobertas iniciais, apoiados por outros telescópios como o Chandra, ajudam a resolver questões não resolvidas sobre explosões estelares massivas que têm amplas implicações para a formação e evolução de populações estelares, e o enriquecimento de metal e poeira das galáxias,” disse o Dr. Tea Temim, astrônomo da Universidade de Princeton.
Os resultados aparecerão em dois artigos (papel #1 e papel #2) no Cartas de diários astrofísicos.
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Dan Milisavljevic e outros. 2024. Uma pesquisa JWST do remanescente de supernova Cassiopeia A. ApJL, no prelo; arXiv: 2401.02477
Jacco Vink e outros. 2024. Diagnóstico de raios X do ‘Monstro Verde’ de Cassiopeia A: evidência de plasma circunstelar denso e chocado. ApJL, no prelo; arXiv: 2401.02491