Webb Mengungkap Ejecta Spektakuler dan Struktur Rumit di Supernova Muda Cassiopeia A

Pengamatan supernova keruntuhan inti termuda yang diketahui di Bima Sakti memberikan wawasan mengenai kondisi yang menyebabkan terbentuknya dan hancurnya molekul dan debu dalam ejecta supernova.

Itu Institut SETI mengumumkan temuan baru dari Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) tentang sisa supernova Cassiopeia A (Cas A). Pengamatan terhadap supernova keruntuhan inti termuda yang diketahui di Bima Sakti memberikan wawasan tentang kondisi yang menyebabkan pembentukan dan penghancuran molekul dan debu dalam ejekta supernova. Temuan ini mengubah pemahaman kita tentang pembentukan debu di alam semesta awal di galaksi yang dideteksi oleh JWST 300 juta tahun setelah Big Bang.

Para peneliti menganggap supernova, seperti yang membentuk Cas A, sebagai sumber penting debu yang terlihat di galaksi-galaksi yang jauh dan memiliki pergeseran merah tinggi. Wawasan baru ini menantang keyakinan bahwa debu terutama berasal dari bintang-bintang bermassa menengah di cabang raksasa asimtotik (AGB) galaksi-galaksi masa kini.

“Sungguh luar biasa melihat betapa terangnya emisi karbon monoksida yang terdeteksi dalam pencitraan JWST dan spektroskopi NIR, yang menunjukkan beberapa lusin pola sinusoidal dari garis rovibrasional fundamental CO,” kata Dr. Jeonghee Rho, seorang ilmuwan peneliti senior di SETI Institute yang memimpin penelitian tersebut. “Pola tersebut tampaknya dibuat secara artifisial.”

Temuan utama meliputi:

1. Pembentukan Molekul CO: Data menunjukkan lebih banyak gas CO di lapisan luar daripada gas argon, yang berarti molekul CO terbentuk kembali setelah guncangan balik. Data ini penting untuk memahami bagaimana pendinginan dan pembentukan debu terjadi setelah ledakan supernova. Gambar menunjukkan bahwa molekul CO terbentuk kembali di balik guncangan balik dan mungkin telah melindungi debu dalam ejekta.
2. Spektroskopi Terperinci: Spektrum NIRSpec-IFU dari dua area signifikan di Cas A menunjukkan perbedaan dalam cara terbentuknya unsur. Kedua area tersebut memiliki sinyal gas CO yang kuat dan menunjukkan berbagai unsur terionisasi seperti argon, silikon, kalsium, dan magnesium. Garis CO fundamental adalah beberapa puluh pola sinusoidal dari garis CO rovibrational fundamental dengan dasar seperti kontinum karena kecepatan molekul CO yang tinggi.
3. Wawasan Suhu: Studi ini menunjukkan bahwa suhunya sekitar 1080 K, berdasarkan emisi gas CO. Ini membantu kita memahami bagaimana debu, molekul, dan gas yang sangat terionisasi berinteraksi dalam supernova. Namun, penulis juga menemukan garis-garis vibrasi pada garis-garis rotasi tinggi (J=90), yang fitur-fiturnya muncul antara 4,3-4,4 mikron. Garis-garis ini menunjukkan adanya komponen suhu yang lebih panas (4800 K), yang menyiratkan pembentukan dan pembentukan ulang CO pada saat yang sama. CO dengan tingkat rotasi tinggi tersebut pertama kali terlihat di Cas A dengan spektroskopi JWST yang baru.
4. Supernova seperti Cas A, yang terletak 11.000 tahun cahaya jauhnya, adalah ledakan yang terjadi saat bintang bermassa tinggi mencapai akhir hidupnya sekitar 350 tahun yang lalu. Disebut supernova keruntuhan inti, bagian dalam bintang runtuh ke dalam karena gravitasi setelah bahan bakar nuklir yang menggerakkan bintang habis. Gempa susulan dari keruntuhan ini membuat kulit luar bintang terlempar ke luar angkasa dalam ledakan yang dapat mengalahkan kecemerlangan seluruh galaksi.

“Melihat CO2 yang sangat panas dalam sisa-sisa supernova muda sungguh luar biasa dan menunjukkan bahwa pembentukan CO2 masih terjadi ratusan tahun setelah ledakan,” kata Chris Ashall, Asisten Profesor di Virginia Tech. “Menggabungkan kumpulan data yang mengesankan ini dengan pengamatan JWST sebelumnya tentang supernova akan memungkinkan kita memahami jalur pembentukan molekul dan debu dengan cara yang sebelumnya tidak mungkin.”

Kredit: Institut SETI

Gambar Pemecah Batas dan Spektroskopi

Pengamatan ini dilakukan dengan menggunakan Instrumen Kamera Inframerah Dekat JWST (Kamera NIRC) dan Instrumen Inframerah Tengah (MIRI), beserta spektroskopi Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)-Integral Field Units (IFU) yang terperinci. Tim memetakan struktur rumit radiasi sinkrotron (cahaya yang dipancarkan saat partikel bermuatan, seperti elektron, dipercepat ke kecepatan tinggi dalam medan magnet yang kuat), ejecta kaya argon, dan molekul karbon monoksida (CO) di Cas A. Gambar-gambar tersebut menunjukkan pola cangkang, lubang, dan filamen yang sangat terperinci dan rumit, yang menyoroti betapa kuatnya JWST.

Spektrum inframerah dekat (NIRSpec) dari cangkang utara dan selatan Cas A. Pita dasar CO menunjukkan bentuk CO yang unik, dengan beberapa puluh pola garis rovibrasional sinusoidal dengan pseudo-kontinum di bawahnya (dua garis lonjakan adalah Magnesium dan Argon). Kredit: SETI Institute

Seong Hyun Park, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Nasional Seoul di Korea Selatan, melakukan pemodelan properti CO bersama dengan Rho.

Pengamatan baru ini menjelaskan proses pembentukan dan penghancuran molekul sisa supernova yang kompleks dan saling bersaing. Meskipun tidak secara langsung bertanggung jawab atas pembentukan debu, molekul CO merupakan indikator penting dari proses pendinginan dan kimia yang pada akhirnya menyebabkan kondensasi debu.

Meskipun penelitian ini menawarkan perspektif baru, perdebatan terus berlanjut mengenai sejauh mana supernova berkontribusi terhadap pembentukan debu di alam semesta awal. Para peneliti akan terus mengeksplorasi fenomena ini dengan pengamatan dan penelitian di masa mendatang untuk mengungkap misteri debu kosmik dan pembentukan molekul.

Temuan ini dipublikasikan minggu ini di Jurnal Astrofisika sebagai Surat.

Referensi: “Extremely Bright Warm Carbon Monoxide Molecular Features in Supernova Remnant Cassiopeia A Revealed by JWST” oleh J. Rho, S.-H. Park, R. Arendt, M. Matsuura, D. Milisavljevic, T. Temim, I. De Looze, WP Blair, A. Rest, O. Fox, AP Ravi, B.-C. Koo, M. Barlow, A. Burrows, R. Chevalier, G. Clayton, R. Fesen, C. Fransson, C. Fryer, HL Gomez, H.-T. Janka, F. Kirchschlager, JM Laming, S. Orlando, D. Patnaude, G. Pavlov, P. Plucinsky, B. Posselt, F. Priestley, J. Raymond, N. Sartorio, F. Schmidt, P. Slane, N. Smith, N. Sravan, J. Vink, K. Weil, J. Wheeler dan SC Yoon, 24 Juni 2024, Itu Surat Jurnal Astrofisika.
Nomor Induk Kependudukan: 10.3847/2041-8213/ad5186