Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA sedang membedah struktur Nebula Kepiting, membantu para astronom saat mereka terus mengevaluasi teori-teori utama tentang asal-usul sisa supernova. Dengan menggunakan data yang dikumpulkan oleh NIRCam (Kamera Inframerah Dekat) dan MIRI (Instrumen Inframerah Menengah) milik Webb, sebuah tim ilmuwan mampu memeriksa secara dekat beberapa komponen utama Nebula Kepiting. Kredit: NASA
Data baru merevisi pandangan kita tentang ledakan supernova yang tidak biasa ini.
Nebula Kepiting adalah contoh terdekat dari puing-puing yang tertinggal saat sebuah bintang mati secara dahsyat dalam ledakan supernova. Namun, meskipun telah diteliti selama puluhan tahun, sisa-sisa supernova ini masih diselimuti misteri: Bintang jenis apa yang bertanggung jawab atas pembentukan Nebula Kepiting, dan seperti apa sifat ledakannya?
NASA'S Teleskop Luar Angkasa James Webb telah memberikan wawasan baru tentang Kepiting, termasuk data inframerah berkualitas tertinggi yang pernah tersedia untuk membantu para ilmuwan saat mereka menjelajahi struktur terperinci dan komposisi kimia dari sisa-sisa tersebut. Petunjuk ini membantu mengungkap cara yang tidak biasa di mana bintang itu meledak sekitar 1.000 tahun yang lalu.
Untuk pertama kalinya, para astronom telah memetakan emisi debu hangat di seluruh sisa supernova ini. Diwakili sebagai material magenta halus, butiran debu membentuk struktur seperti sangkar yang paling jelas terlihat di bagian kiri bawah dan kanan atas sisa tersebut. Filamen debu juga tersebar di seluruh bagian dalam Kepiting dan terkadang bertepatan dengan wilayah belerang terionisasi ganda (sulfur III) yang ditunjukkan dengan warna hijau. Filamen berbintik kuning-putih, yang membentuk struktur seperti cincin besar di sekitar bagian tengah sisa tersebut, mewakili area tempat debu dan belerang terionisasi ganda saling tumpang tindih.
Struktur debu seperti sangkar membantu membatasi sebagian, tetapi tidak semua, emisi sinkrotron samar yang direpresentasikan dalam warna biru. Emisi tersebut menyerupai gumpalan asap, yang paling menonjol di bagian tengah Kepiting. Pita biru tipis mengikuti garis medan magnet yang diciptakan oleh jantung pulsar Kepiting—bintang neutron yang berputar cepat.
Kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Tea Temim (Universitas Princeton)
Menyelidiki Asal Usul Nebula Kepiting dengan Teleskop Luar Angkasa Webb
Dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA, sekelompok ilmuwan menganalisis komposisi Nebula Kepiting, sisa supernova yang terletak sekitar 6.500 tahun cahaya jauhnya di konstelasi Taurus. Dengan teleskop tersebut, MIRI (Instrumen Inframerah Tengah) dan Kamera NIRC (Kamera Inframerah Dekat), tim mengumpulkan data yang membantu memperjelas sejarah Nebula Kepiting.
Nebula Kepiting merupakan hasil dari supernova, yaitu runtuhnya inti bintang masif yang telah mati. Ledakan supernova itu sendiri terlihat oleh Bumi pada tahun 1054 Masehi dan cukup terang untuk dilihat di siang hari. Sisa-sisa yang jauh lebih redup yang terlihat saat ini adalah cangkang gas dan debu yang mengembang, dan angin yang keluar yang ditenagai oleh pulsar, bintang neutron yang berputar cepat dan sangat termagnetisasi.
Nebula Kepiting juga sangat tidak biasa. Komposisinya yang tidak biasa dan energi ledakannya yang sangat rendah sebelumnya telah dijelaskan oleh supernova penangkapan elektron—jenis ledakan langka yang terjadi pada bintang dengan inti yang kurang berevolusi yang terbuat dari oksigen, neon, dan magnesium, bukan inti besi yang lebih umum.
“Sekarang data Webb memperluas kemungkinan interpretasi,” kata Tea Temim, penulis utama studi di Universitas Princeton di New Jersey. “Komposisi gas tidak lagi memerlukan ledakan penangkapan elektron, tetapi juga dapat dijelaskan oleh supernova keruntuhan inti besi yang lemah.”
Gambar Nebula Kepiting yang ditangkap oleh NIRCam dan MIRI Webb, lengkap dengan tanda panah kompas, batang skala, dan kunci warna untuk referensi.
Panah kompas utara dan timur menunjukkan orientasi gambar di langit. Perhatikan bahwa hubungan antara utara dan timur di langit (seperti yang terlihat dari bawah) terbalik relatif terhadap panah arah pada peta daratan (seperti yang terlihat dari atas).
Skala batang diberi label dalam tahun cahaya, yang merupakan jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun Bumi. (Cahaya memerlukan waktu 2 tahun untuk menempuh jarak yang sama dengan panjang batang.) Satu tahun cahaya sama dengan sekitar 5,88 triliun mil atau 9,46 triliun kilometer. Bidang pandang yang ditunjukkan dalam gambar ini kira-kira seluas 10 tahun cahaya.
Gambar ini menunjukkan panjang gelombang inframerah dekat dan inframerah menengah yang tidak terlihat yang diubah menjadi warna cahaya tampak. Kunci warna menunjukkan komponen mana yang diamati oleh NIRCam dan MIRI, dan warna cahaya tampak mana yang ditetapkan untuk setiap fitur.
Kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Tea Temim (Universitas Princeton)
Mempelajari Masa Kini untuk Memahami Masa Lalu
Upaya penelitian sebelumnya telah menghitung total energi kinetik ledakan berdasarkan kuantitas dan kecepatan ejekta saat ini. Para astronom telah menyimpulkan bahwa ledakan tersebut memiliki energi yang relatif rendah (kurang dari sepersepuluh supernova normal), dan massa bintang induknya berada dalam kisaran delapan hingga 10 massa matahari—menjembatani garis tipis antara bintang yang mengalami kematian supernova dahsyat dan bintang yang tidak mengalaminya.
Namun, terdapat ketidakkonsistenan antara teori supernova penangkapan elektron dan pengamatan Kepiting, khususnya gerakan cepat yang diamati. pulsarDalam beberapa tahun terakhir, para astronom juga telah meningkatkan pemahaman mereka tentang supernova keruntuhan inti besi dan sekarang berpikir bahwa jenis ini juga dapat menghasilkan ledakan berenergi rendah, asalkan massa bintangnya cukup rendah.
Pengukuran Webb Merekonsiliasi Hasil Historis
Untuk menurunkan tingkat ketidakpastian seputar bintang nenek moyang Kepiting dan sifat ledakannya, tim Temim menggunakan kemampuan spektroskopi Webb untuk mengasah dua area yang terletak di dalam filamen bagian dalam Kepiting.
Teori memprediksi bahwa karena perbedaan komposisi kimia inti dalam supernova penangkapan elektron, rasio kelimpahan nikel terhadap besi (Ni/Fe) seharusnya jauh lebih tinggi daripada rasio yang diukur di Matahari kita (yang mengandung unsur-unsur ini dari generasi bintang sebelumnya). Studi pada akhir tahun 1980-an dan awal tahun 1990-an mengukur rasio Ni/Fe di Kepiting menggunakan data optik dan inframerah dekat dan mencatat rasio kelimpahan Ni/Fe yang tinggi yang tampaknya mendukung skenario supernova penangkapan elektron.
Teleskop Webb, dengan kemampuan inframerahnya yang sensitif, kini tengah memperluas studi Nebula Kepiting. Tim tersebut menggunakan kemampuan spektroskopi MIRI untuk mengukur garis emisi nikel dan besi, sehingga menghasilkan estimasi rasio kelimpahan Ni/Fe yang lebih andal. Mereka menemukan bahwa rasio tersebut masih lebih tinggi daripada Matahari, tetapi hanya sedikit dan jauh lebih rendah daripada estimasi sebelumnya.
Nilai yang direvisi konsisten dengan penangkapan elektron, tetapi tidak mengesampingkan kemungkinan keruntuhan inti besi yang eksplosif dari bintang-bintang bermassa rendah yang serupa. (Ledakan berenergi lebih tinggi dari bintang-bintang bermassa lebih tinggi diperkirakan akan menghasilkan rasio yang mendekati kelimpahan matahari.) Pekerjaan observasi dan teoritis lebih lanjut akan diperlukan untuk membedakan antara kedua kemungkinan ini.
“Saat ini, data spektral dari Webb mencakup dua wilayah kecil di Crab, jadi penting untuk mempelajari lebih banyak sisa-sisanya dan mengidentifikasi variasi spasial apa pun,” kata Martin Laming dari Laboratorium Penelitian Angkatan Laut di Washington dan salah satu penulis makalah tersebut. “Akan menarik untuk melihat apakah kita dapat mengidentifikasi garis emisi dari unsur-unsur lain, seperti kobalt atau germanium.”
Pemetaan Kondisi Kepiting Saat Ini
Selain menarik data spektral dari dua wilayah kecil di bagian dalam Nebula Kepiting untuk mengukur rasio kelimpahan, teleskop juga mengamati lingkungan sisa yang lebih luas untuk memahami detail emisi sinkrotron dan distribusi debu.
Citra dan data yang dikumpulkan oleh MIRI memungkinkan tim untuk mengisolasi emisi debu di dalam Crab dan memetakannya dalam resolusi tinggi untuk pertama kalinya. Dengan memetakan emisi debu hangat dengan Webb, dan bahkan menggabungkannya dengan data Herschel Space Observatory pada butiran debu yang lebih dingin, tim tersebut menciptakan gambaran yang komprehensif tentang distribusi debu: Filamen luar mengandung debu yang relatif hangat, sementara butiran yang lebih dingin tersebar luas di dekat bagian tengah.
“Bercak debu yang terlihat di Nebula Kepiting menarik karena berbeda dari sisa-sisa supernova lainnya, seperti Cassiopeia A dan Supernova 1987A,” kata Nathan Smith dari Steward Observatory di Universitas Arizona dan salah satu penulis makalah tersebut. “Pada objek-objek tersebut, debu berada di bagian tengah. Pada Nebula Kepiting, debu ditemukan dalam filamen padat pada kulit terluar. Nebula Kepiting sesuai dengan tradisi dalam astronomi: Objek yang paling dekat, paling terang, dan paling banyak dipelajari cenderung menjadi objek yang aneh.”
Temuan ini telah dipublikasikan di Itu Surat Jurnal Astrofisika.
Referensi: “Membedah Nebula Kepiting dengan JWST: Angin Pulsar, Filamen Berdebu, dan Kendala Kelimpahan Ni/Fe pada Mekanisme Ledakan” oleh Tea Temim, J. Martin Laming, PJ Kavanagh, Nathan Smith, Patrick Slane, William P. Blair, Ilse De Looze, Niccolò Bucciantini, Anders Jerkstrand, Nicole Marcelina Gountanis, Ravi Sankrit, Dan Milisavljevic, Armin Rest, Maxim Lyutikov, Joseph DePasquale, Thomas Martin, Laurent Drissen, John Raymond, Ori D. Fox, Maryam Modjaz, Anatoly Spitkovsky dan Louis-Gregory Strolger, 13 Juni 2024, Surat Jurnal Astrofisika.
Nomor Induk Kependudukan: 10.3847/2041-8213/ad50d1
Pengamatan dilakukan sebagai bagian dari program Pengamat Publik 1714.
Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) adalah observatorium luar angkasa canggih yang diluncurkan pada 25 Desember 2021. Teleskop ini berfungsi sebagai penerus ilmiah Teleskop Luar Angkasa James Webb. Teleskop Luar Angkasa HubbleDilengkapi dengan cermin primer berukuran 6,5 meter dan instrumen khusus, JWST beroperasi terutama dalam spektrum inframerah, yang memungkinkannya untuk melihat lebih jauh ke masa lalu dan mengamati galaksi pertama yang terbentuk setelahnya. Dentuman BesarTerletak di titik Lagrange kedua (L2), sekitar 1,5 juta kilometer dari Bumi, ia memberikan resolusi dan sensitivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya, yang memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari setiap fase sejarah kosmik.
NewsRoom.id
