NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到了来自古老超新星的红外光回声,展现了前所未有的星际尘埃与气体的三维细节。

星星之间的空间充满了气体和尘埃,从密集到稀薄不等,通常被隐藏在视线之外,除非被某些光源照亮。在卡西欧佩亚星座,一次超新星爆发为这一星际物质提供了宇宙的聚光灯。NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了令人惊叹的新细节,包括复杂的结、薄片和云团,这些很可能是由磁场塑造的。

很久以前,一颗巨大的恒星核心塌缩,释放出一波冲击波,这波冲击波穿过星体,撕裂它。当冲击波到达星体表面时,它爆发出强烈的X射线和紫外光,向太空发出强大脉冲。现在,350年后,那道光终于照亮了星际物质,使其发热并散发出柔和的红外光。

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜以惊人的细节捕捉到了这些红外光,揭示了复杂的图案,像木纹般的结和漩涡。首次,这些观察让天文学家能够绘制出星际尘埃和气体的真实三维结构,这些物质被统称为星际介质。

“我们看到的细节让人震惊,”加州理工学院/太空学会的杰克布·詹森(Jacob Jencson)说,他是该科学项目的首席研究员。

“我们看到了像洋葱一样的层次,”位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所的乔什·皮克(Josh Peek)补充道,他是该科学团队的成员。“我们认为,所有我们看到的密集尘土区域,甚至大多数看不见的区域,内部都可能是这种结构。我们只是以前无法窥视到它们。”

这段利用NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜数据制作的延时视频,突出了超新星遗迹卡西欧佩亚A周围一个光回声的演变过程。光回声是由恒星爆炸或喷发时产生的,当强光照射到周围的星际尘埃团块时,尘埃开始发光,并在不断扩展的模式中闪烁。韦伯的超高分辨率不仅展示了这些光回声中的惊人细节,还展示了它们在短短几周内的扩展过程——考虑到大多数宇宙目标在人类一生中几乎不发生变化,这一时间尺度极为短暂。

研究团队在美国天文学会第245次会议上发布了这些发现。

“即便一颗恒星死去,它的光辉依旧存在——在宇宙中回声。自从我们发射NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜以来,已经是三年了。每一幅图像、每一项发现,展现的都是宇宙的壮丽以及NASA团队的力量和国际合作的承诺。这项开创性的任务,作为NASA最大规模的国际太空科学合作,是对NASA的聪明才智、团队合作精神和追求卓越的真实证明。”NASA管理员比尔·尼尔森(Bill Nelson)说道,“看到这项宏伟努力的推进,得益于全球数千名科学家和工程师的辛勤工作,这是无上的荣幸。这张最新的图像,完美展现了韦伯的持久遗产——它是通向过去的钥匙孔,也是一个将激励未来几代人的任务。”

探索红外光回声

韦伯的NIRCam(近红外相机)图像展示了一个叫做光回声的现象。光回声产生于恒星爆炸或喷发时,光芒照射到周围的尘埃团块,使它们在不断扩展的模式中发光。可见光波段的光回声(例如在V838 Monocerotis星周围看到的回声)是由于光反射在星际物质上,而红外波段的光回声则是在尘埃被强能辐射加热后发光。

研究人员瞄准了之前NASA退役的斯皮策太空望远镜观测到的一个光回声。这个光回声位于卡西欧佩亚A超新星遗迹附近,正从不相关的物质中发出,而非爆炸时喷发的物质。

韦伯望远镜揭示了迷人的星际尘埃网
这张超新星遗迹仙后座A周围区域的背景图像是由美国宇航局的斯皮策太空望远镜于2008年发布的。通过用斯皮策在三年内拍摄该地区的多张图像,研究人员能够检查一些光回波。现在,美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜已经拍摄了一些更详细的光回波。右下角的插图显示了韦伯观测的一个时代,而左边的插图显示了2023年发布的中央超新星遗迹的韦伯图像。

揭示微观结构

韦伯图像中最明显的特征是紧密排列的薄片。这些丝状结构展示了约400天文单位(不到千分之一光年)的小尺度结构。(一个天文单位是地球到太阳的平均距离,海王星轨道的直径为60天文单位。)

“我们之前不知道星际介质有如此小尺度的结构,更不知道它是薄片状的,”皮克说。

这些薄片状结构可能受到星际磁场的影响。图像还显示了紧密缠绕的区域,类似木纹中的结。这些可能是嵌入在更广泛的星际磁场中的磁性“岛屿”。

“这就像是天文学中的医学CT扫描,”太空望远镜科学研究所的阿尔敏·雷斯特(Armin Rest)解释道,他是科学团队的成员。“我们在三个不同的时间截取了三张图像,这将让我们研究真正的三维结构。这将彻底改变我们研究星际介质的方式。”

绘制宇宙地图

该团队的科学计划还包括使用韦伯的MIRI(中红外仪器)进行光谱观测。他们计划在几周或几个月后多次观测同一光回声,看看它在经过照亮后是如何变化的。

“我们可以在尘埃被光回声照亮之前、期间和之后观察同一块尘埃,尝试寻找分子成分或状态的任何变化,包括是否有一些分子甚至最小的尘埃颗粒被摧毁,”詹森说。

红外光回声极为罕见,因为它们需要特定类型的超新星爆炸,并伴随有一脉冲的强能辐射。NASA即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将进行银河平面的调查,可能会发现更多红外光回声,为韦伯提供更多研究对象。

本文译自 scitechdaily,由 BALI 编辑发布。

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