|
Десятки остатков сверхновых в галактике Треугольник
|
|
|
|
Инфракрасная астрономия открыла так много нового о Вселенной, начиная от протопланетных дисков и туманностей и заканчивая коричневыми карликами, полярными сияниями и вулканами на других небесных телах. Заглядывая в будущее, астрономы надеются провести инфракрасные исследования остатков сверхновых (SNR), которые позволят получить жизненно важную информацию о физике этих взрывов.
|
|
|
|
В то время как исследования в ближней и средней инфракрасной области спектра (NIR-MIR), как ожидается, позволят получить данные об атомном составе SNR, исследования в ближней и дальней инфракрасной области (MIR-FIR) должны дать детальный обзор нагретых частиц пыли, которые они выбрасывают в межзвездную среду (ISM).
|
|
|
|
К сожалению, эти исследования были в основном ограничены Млечным путем и Магеллановыми облаками из-за ограниченности возможностей предыдущих инфракрасных обсерваторий. Однако теперь эти режимы наблюдений доступны благодаря инструментам нового поколения, таким как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST).
|
|
|
|
В недавнем исследовании, опубликованном на сервере препринтов arXiv, команда, возглавляемая исследователями из Университета штата Огайо, представила первые инфракрасные изображения остатков сверхновых с пространственным разрешением в галактике Треугольник (она же Мессье 33). Благодаря беспрецедентной чувствительности и разрешающей способности инфракрасных приборов Уэбба их наблюдения позволили им получить изображения 43 сверхвысоких частот.
|
|
|
|
|
|
|
Команду возглавлял доктор Сумит К. Сарбадхикари, бывший научный сотрудник Центра космологии и физики астрочастиц ОГУ (CCAP), а в настоящее время - ассистент научного сотрудника в Университете Джона Хопкинса (JHU).
|
|
|
|
К нему присоединились многочисленные астрономы и физики из ОГУ, Гарвардского и Смитсоновского астрофизических центров, Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон, Института теоретической астрофизики Гейдельбергского университета, Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и Научного института космических телескопов (STScI).
|
|
|
|
Статья, в которой описываются их результаты, находится на рассмотрении для публикации в журнале Astrophysical Journal.
|
|
|
|
Как они объясняют в своем исследовании, SNR в Млечном Пути и Магеллановом облаке изучены лучше всего во Вселенной, потому что они расположены ближе всего. Это позволило астрономам провести детальные исследования, которые позволили выявить их структуру на большинстве длин волн, включая инфракрасное излучение.
|
|
|
|
Как доктор Сарбадхикари сообщил Universe Today по электронной почте, исследования этих SNR многому научили астрономов. Это включает в себя образование пыли, состав взрывов сверхновых и физику астрофизических ударных волн, особенно тех, которые проходят через плотные газовые облака, где могут формироваться новые звезды.
|
|
|
|
Однако, как объяснил Сарбадхикари, эти исследования все еще были ограничены нашей галактикой и ее спутниками, что ограничивало возможности астрономов узнавать об этих крупных астрономических событиях:
|
|
|
|
"Единственное, что нам пока не удалось выйти за пределы Магеллановых облаков и исследовать SNR в более отдаленных галактиках в инфракрасном диапазоне. Мы знаем, что другие галактики местной группы, такие как Андромеда (M31) и Треугольник (M33), имеют несколько сотен SNR, поэтому существует огромный потенциал для сбора статистики.
|
|
|
|
"Кроме того, SNR, излучающие инфракрасное излучение, - довольно редкая разновидность, обнаруживаемая в основном при взрывах, происходящих вблизи плотного молекулярного газа, который является либо частью межзвездной среды, либо материалом, потерянным звездой-прародительницей перед взрывом. Поэтому было бы очень полезно иметь больше объектов".
|
|
|
|
Первое поколение исследований SNR в инфракрасном диапазоне длин волн было проведено с помощью инфракрасного астрономического спутника НАСА (IRAS) и инфракрасной космической обсерватории ЕКА (ISO). Несмотря на ограниченное пространственное разрешение и путаницу при наблюдении сквозь плоскость Галактики, этим обсерваториям удалось идентифицировать около 30% SNR в Млечном Пути в диапазоне от 10 до 100 микрометров (мкм), что соответствует частям среднего и дальнего инфракрасного (MIR, NIR) спектров.
|
|
|
|
В последние десятилетия ИК-астрономия получила огромную пользу от таких миссий, как космический телескоп НАСА "Спитцер" и космическая обсерватория ЕКА "Гершель". Эти обсерватории обладают более высоким угловым разрешением и могут проводить съемки в более широких областях ИК—спектра - от 3 до 160 мкм для Spitzer и от 70 до 500 мкм для Herschel.
|
|
|
|
Их наблюдения привели к проведению широкоугольных галактических исследований - экстраординарного инфракрасного обзора средней плоскости Galactic Legacy (GLIMPSE), обзора галактической плоскости MIPS (MIPSGAL) и инфракрасного обзора галактической плоскости Herschel (Hi—GAL) - и первых высококачественных внегалактических инфракрасных исследований SNRS.
|
|
|
|
"К сожалению, угловое разрешение телескопа Spitzer (предшественника JWST) было недостаточно для того, чтобы восстановить те же пространственные детали в более отдаленных галактиках", - добавил Сарбадикари. "Хотя вы могли бы увидеть слабую вспышку на "Спитцере", было бы трудно сказать (на таких расстояниях), исходит ли она от SNR или от какой-то смеси звезд и рассеянного излучения".
|
|
|
|
К счастью, ситуация еще больше улучшилась с внедрением космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). По словам Сарбадхикари, повышенное разрешение телескопа Webb и усовершенствованные ИК-приборы позволяют получать более глубокие и четкие изображения SNR в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах:
|
|
|
|
"Мы уже видели потенциал JWST для революционного изучения SNR на основе новых четких изображений известных SNR, таких как Кассиопея A в нашей галактике и 1987A в Большом Магеллановом облаке, опубликованных в недавних статьях. Снимки показали беспрецедентное количество деталей об обломках, образовавшихся при взрыве, материале, потерянном звездой до взрыва, и многом другом.
|
|
|
|
"Это превосходное сочетание чувствительности и углового разрешения также теперь позволяет JWST восстанавливать изображения SNR в галактиках, расположенных почти в 20 раз дальше, чем Магеллановы облака (например, M33 в нашей статье), с тем же уровнем детализации, который был обнаружен Spitzer в SNR в Магеллановых облаках. Что особенно полезно благодаря высокому угловому разрешению JWST, так это то, что мы с меньшей вероятностью перепутаем SNR с перекрывающимися структурами, такими как области HII (газ, фотоионизированный массивными звездами)".
|
|
|
|
Для своего исследования Сарбадхикари и его команда использовали архивные наблюдения JWST галактики Треугольник (M33) в четырех полях JWST. Два из них охватывали центральные и южные районы M33 с помощью отдельных наблюдений с использованием камеры Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRCam) и ее тепловизора в среднем инфракрасном диапазоне (MIRI).
|
|
|
|
Третье исследование включало в себя наблюдения MIRI длинной радиальной полосы размером около 5 килопарсек (~16 300 световых лет), охватывающей гигантскую эмиссионную туманность в M33 (NGC 604), а также многочисленные наблюдения NIRCam и MIRI. Затем они наложили эти наблюдения на ранее идентифицированные SNR, полученные в результате многоволновых съемок.
|
|
|
|
Они также рассмотрели объемы многоволновых данных, полученных предыдущими миссиями по этой галактике. Сюда входят изображения звезд, полученные почтенным телескопом "Хаббл", и наблюдения за холодным нейтральным газом, проведенные с помощью больших миллиметровых и субмиллиметровых антенн Atacama (ALMA) и Very Large Array (VLA).
|
|
|
|
Как отметил Сарбадхикари, результаты выявили некоторые очень интересные особенности SNR в галактике Треугольник. Однако, поскольку их исследование охватило только 20% SNR в M33, он также отметил, что эти результаты являются лишь верхушкой айсберга:
|
|
|
|
"Самым удивительным открытием стало наличие эмиссии молекулярного водорода в двух из трех SNR, где мы наблюдали F470N (узкополосный фильтр, центрированный на линии вращения молекулы водорода длиной 4,7 микрона). Молекулярный водород, безусловно, является самой распространенной молекулой в межзвездном газе, но из-за симметрии молекулы он не может создавать видимое излучение при типичных низких температурах межзвездного газа.
|
|
|
|
"Только при нагревании ударами или ультрафиолетовым излучением H2 испускает излучение (например, на расстоянии 4,7 микрона), поэтому он является очень полезным индикатором ударов, попадающих в плотный молекулярный газ, где происходит звездообразование".
|
|
|
|
Хотя астрономы наблюдали это излучение в нескольких сверхсветовых лучах в пределах Млечного Пути, это был первый случай, когда такие наблюдения были сделаны за внегалактическим источником. "Данные JWST также показали, что от 14% до 43% SNR демонстрируют видимое инфракрасное излучение", - добавил Сарбадхикари.
|
|
|
|
"Самые яркие инфракрасные SNR в нашем образце также являются одними из самых маленьких в M33 и самыми яркими на других длинах волн, особенно в рентгеновском, радио- и оптическом диапазонах. Это означает, что ударные волны в этих SNR по-прежнему распространяются относительно быстро и поражают материал высокой плотности в окружающей среде, что приводит к тому, что значительная часть энергии удара излучается в инфракрасные линии и пыль, которые освещают излучение, видимое на наших широкополосных изображениях".
|
|
|
|
Результаты показывают, что высокое угловое разрешение Webb позволит астрономам проводить высокоточные инфракрасные наблюдения больших популяций SNR в галактиках за пределами Магеллановых облаков. Сюда входят M33, галактика Андромеды (M31) и соседние галактики Местной группы, такие как Южная галактика Вертушка (M83), галактика Фейерверк (NGC 6946), галактика Водоворот (M51), множество карликовых галактик в Местной группе и многие другие! Сказал Сарбадхичари:
|
|
|
|
"Лично я очень рад возможности изучить популяцию SNR, воздействующих на плотный газ с помощью JWST, поскольку физика того, как ударные волны воздействуют на плотный газ и регулируют звездообразование в галактиках, является важной темой в астрономии. Инфракрасные волны содержат огромное количество ионных и молекулярных линий (таких как H2, которые мы обнаружили), которые возбуждаются в теплых газовых облаках высокой плотности при ударах, поэтому эти наблюдения могут быть действительно полезными.
|
|
|
|
"В этих галактиках также есть несколько редких SNR, подобных Кассиопее A, которые очень молоды и богаты веществом, выделившимся в результате взрыва, и JWST может предоставить много новой информации по линиям излучения в инфракрасном диапазоне. Еще одна важная область исследований - это пыль и то, как она образуется и разрушается при ударах."
|
|
|
|
Источник
|
