Egy kutatócsoport a közelmúltban újra megvizsgálta a Bika csillagképben, közel 6500 fényévnyi távolságban található híres szupernóva-maradványt, a Rák-ködöt a NASA James Webb-űrtávcsövének MIRI (Mid-Infrared Instrument) és NIRCam (Near-Infrared Camera) nevű műszereivel, hogy válaszokat keressen a maradvánnyal kapcsolatos kérdésekre.

A Rák-köd egy nagy tömegű csillag magjának összeomlásakor bekövetkező szupernóva-robbanás maradványa. Magát a szupernóvát 1054-ben a Földről szabad szemmel is megfigyelhették a csillagászok, hiszen a közeli csillagrobbanás olyan fényes volt, hogy még a nappali égbolton is látszott. Napjainkban a robbanás maradványaként visszamaradt, táguló por- és gázfelhőt figyelhetjük csak meg, illetve a közepén lévő gyorsan forgó, mágneses neutroncsillagot (pulzárt).

A Rák-köd különlegesnek mondható az összetételét tekintve: a régebbi elméletek szerint a szülőcsillag kevésbé energikus robbanása még azelőtt megtörtént, hogy a csillag eljutott volna a stabil vasmag állapotáig, mégpedig a fejlődés egy korábbi szakaszában, amikor a csillagmag oxigént, neont és magnéziumot tartalmazott. Ezt a speciális típusú szupernóva-robbanást a szaknyelv elektron-befogásos szupernóvának nevezi.

„A James Webb-űrtávcső adatai kiszélesítik a lehetséges magyarázatok tárházát. A nemrégiben készült méréseket tekintve elmondhatjuk, hogy a gázfelhő összetétele alapján a felrobbanó csillag belsejében akár vasmag is lehetett.” – nyilatkozta a kutatást vezető Tea Temim.

Vizsgáljuk meg a jelent, hogy megértsük a múltat

Régebbi kutatások során kiszámították a Rák-ködöt létrehozó szupernóva-robbanás által felszabadított energiát a gázfelhő tágulási sebessége, és egyéb fizikai tulajdonságai alapján. Ezekből a csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy a robbanás energiája körülbelül tizede lehetett a normál szupernóva-robbanásokénak, a szülőcsillag pedig kezdetben 8-10 naptömegű volt. Ez a tömeg jelöli ki azt a határt, amely felett a csillag magja összeomlik, és élete szupernóva-robbanás formájában ér véget: a kezdetben 8 naptömegnél kisebb tömegű csillagok, mint amilyen például a mi Napunk, nem robbannak fel magösszeomlásos szupernóvaként, hanem vörös óriás állapotba kerülnek, majd folyamatosan és lassan hűlő fehér törpeként fejezik be életüket. A Rák-ködöt kialakító szupernóva-robbanás szülőcsillaga tehát épphogy csak átlépte a magösszeomláshoz szükséges határtömeget.

Megjegyzendő azonban, hogy a Rák-köd közepén lévő pulzár gyors forgása ellent mond az elektron-befogásos szupernóvákról alkotott elméleteknek. Az elmúlt években a csillagászok tovább fejlesztették a magösszeomlásos szupernóva-modelleket, és arra a következtetésre jutottak, hogy a vasmag összeomlása mégis csak képes lehet a Rák-köd esetén látotthoz hasonlóan alacsony energiájú robbanásra.

A James Webb mérései felülírják a korábbi elképzeléseket

A Temim által vezetett kutatócsoport a James Webb-űrtávcső spektroszkópiai teljesítményét felhasználva alaposan megvizsgálta a Rák-köd két területét, hogy csökkentse a szupernóva-maradvány természetével kapcsolatos bizonytalanságot.

Az elméletek szerint az elektronbefogásos szupernóvák esetén a nikkel és a vas arányának sokkal nagyobbnak kell lennie, mint a Nap esetében. Az 1980-as, illetve az 1990-es években végzett mérések során ezt az arányt meg is mérték, és mivel valóban nagyobb volt az arányszám, mint a Nap esetén, az elektronbefogás elmélete helytállónak tűnt.

A James Webb-űrtávcső minden eddiginél érzékenyebb infravörös spektrográfjaival a kutatócsoport még pontosabban tudta becsülni a nikkel/vas arányt, amelynek során a Napnál megfigyeltnél valamelyest magasabb értéket kapott eredményül, azonban jóval kisebbet, mint a korábbi becslések. Noha ezek az új számolások összhangban vannak az elektronbefogásos szupernóvák elméletével, elképzelhető az is, hogy a szülőcsillag vasból álló magjának összeomlásából származott a robbanás. Hogy minden kétséget kizáróan dönthessünk arról, hogy melyik forgatókönyv szerint alakult ki a Rák-köd, további mérések szükségesek.

A Rák-köd jelenlegi állapotának felmérése

A Rák-köd két régiójának részletes vizsgálata mellett a kutatók feltérképezték a szupernóva-maradvány tágabb környezetét is, hogy jobban megértsék a táguló felhő porösszetételét, illetve szinkrotronsugárzását.

Az űrtávcső közép-infravörös detektora minden eddiginél mélyebb betekintést engedett a Rák-köd porfelhőjébe, és kimutatta, hogy ezen szupernóva-maradvány esetén a külső régiók melegebb, a központi régió pedig hidegebb gázt tartalmaz. Mindez különbözik attól az eloszlástól, amelyet más ismert szupernóva-maradványok, például a Cassiopeia A, vagy az SN 1987A esetén megfigyelhettünk. Szintén érdekes különbség, hogy az utóbbiak esetében a por a maradvány középpontjában van csak jelen, míg a Rák-ködnek a külső régióiban is megtalálható. A Rák-köd tehát továbbra is kilóg a sorból: a legközelebbi, a legfényesebb, a legjobban tanulmányozott, és még ezzel együtt is különös.

Az itt leírt eredményeket a csoport a The Astrophysical Journal Letters című folyóiratban publikálta.