Webb ontleedt de structuur van de Krabnevel
De Webb Space Telescope heeft nieuwe beelden gemaakt van de Krabnevel, waaronder infraroodgegevens van de hoogste kwaliteit die tot nu toe beschikbaar zijn om astronomen te helpen bij het onderzoeken van de gedetailleerde structuur en chemische samenstelling van deze supernovarestant.
De Krabnevel is het resultaat van een supernova-explosie die in 1054 werd gezien door Chinese, Japanse, Koreaanse en Arabische astronomen.
De nevel bevindt zich op een afstand van ongeveer 6500 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Stier – Taurus en kan met amateurtelescopen worden gezien.
De Krabnevel is ook bekend als Messier 1, NGC 1952 en Taurus A en werd in 1731 voor het eerst geïdentificeerd door de Engelse astronoom John Bevis.
In 1758, toen hij naar een komeet zocht, werd de nevel door de Franse astronoom Charles Messier herontdekt. Het voegde de nevel als nummer 1 toe aan zijn catalogus van ”nep-kometen”.
De naam voor de nevel is afkomstig van een tekening die de Ierse astronoom Lord Ross in 1844 maakte.
De Krabnevel is hoogst ongewoon. De atypische samenstelling en de zeer lage explosie-energie hebben astronomen er eerder toe gebracht te denken dat het om een supernova ging die elektronen opvangt – een zeldzaam soort explosie die voortkomt uit een ster met een minder ontwikkelde kern van zuurstof, neon en magnesium, in plaats van een meer typische ijzerkern.
Eerdere onderzoeksinspanningen hebben de totale kinetische energie van de explosie berekend op basis van de hoeveelheid en snelheden van de huidige ejecta.
Astronomen concludeerden dat de aard van de explosie er een was van relatief lage energie (minder dan 1/10de van die van een normale supernova), en dat de massa van de voorloperster tussen de acht en tien zonsmassa lag – balancerend op de dunne lijn tussen sterren die een gewelddadige supernova ervaren en degenen die dat niet doen.
Er bestaan echter inconsistenties tussen de elektron capture-supernovatheorie en waarnemingen van de Krabnevel, met name de waargenomen snelle beweging van de pulsar.
De afgelopen jaren hebben astronomen ook hun kennis van ijzeren kern-supernova’s verbeterd en denken nu dat dit type ook explosies met lage energie kan veroorzaken, op voorwaarde dat de stermassa laag genoeg is.
Om de onzekerheid over de voorloperster van de Krabnevel en de aard van de explosie te verkleinen, gebruikte het onderzoeksteam de spectroscopische mogelijkheden van de Webb Space Telescope om twee gebieden in de binnenste filamenten van de Krabnevel te onderzoeken.
Theorieën voorspellen dat vanwege de verschillende chemische samenstelling van de kern in een elektron capture-supernova de verhouding tussen nikkel en ijzer (Ni/Fe) veel hoger zou moeten zijn dan de verhouding gemeten in onze Zon, die deze elementen bevat afkomstig van eerdere generaties sterren.
Studies in de jaren ’80 en begin jaren ’90 bepaalden de Ni/Fe-verhouding in de Krabnevel met behulp van optische en nabij-infraroodgegevens en merkten een hoge Ni/Fe-abundantieverhouding op die het scenario van een elektron capture-supernova leek te bevoordelen.
De Webb-telescoop, met zijn gevoelige infraroodmogelijkheden, bevordert nu het onderzoek van de Krabnevel.
De auteurs van het onderzoek gebruikten de spectroscopische mogelijkheden van het MIRI-instrument van de Webb om de nikkel en ijzeremissielijnen te meten, wat resulteerde in een betrouwbaardere schatting van de Ni/Fe-abundantieverhouding.
Ze ontdekten dat de verhouding nog steeds hoog was vergeleken met die van de Zon maar slechts bescheiden en veel lager in vergelijking met eerdere schattingen.
De herziene waarden komen overeen met elektron capture, maar sluiten een explosie van een ijzeren kern van een ster met een vergelijkbare lage massa niet uit.
Verwacht wordt dat explosies met hogere energie van sterren met een hogere massa een Ni/Fe-verhouding zullen opleveren die dichter bij de zonne-abundantie ligt.
Verder observationeel en theoretisch werk zal nodig zijn om onderscheid te maken tussen deze twee mogelijkheden.
Naast het verzamelen van spectrale gegevens uit twee kleine gebieden in het binnenste van de Krabnevel om de abundantieverhouding te bepalen, observeerde Webb ook de bredere omgeving van de supernovarestant om details van de synchrotronemissie en de stofverdeling te begrijpen.
Dankzij beelden en gegevens verzameld door MIRI konden astronomen de stofemissie in de Krabnevel isoleren en voor het eerst in hoge resolutie in kaart brengen.
Volgens de astronomen hebben ze door met Webb de warme stofemissie in kaart te brengen en deze zelfs te combineren met gegevens over koelere stofkorrels van de Herschel Space Telescope , een goed afgerond beeld van de stofverdeling gecreëerd: de buitenste filamenten bevatten relatief warmer stof, terwijl koelere korrels meer in het centrum voorkomen.
Een artikel over de bevindingen is in de Astrophysical Journal Letters gepubliceerd.
Artikel: Tea Temim et al. 2024. Dissecting the Crab Nebula with JWST: Pulsar Wind, Dusty Filaments, and Ni/Fe Abundance Constraints on the Explosion Mechanism. ApJL 968, L18; doi: 10.3847/2041-8213/ad50d1
Eerste publicatie: 23 juni 2024
Bron: NASA/ESA/sci-news
