17. Juni 2024: JWST Neue Daten revidieren unsere Sicht auf diese ungewöhnliche Supernova-Explosion

Ein Team von Wissenschaftlern nutzte das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, um die Zusammensetzung des Krebsnebels zu analysieren,
eines Supernova-Überrests, der 6.500 Lichtjahre entfernt im Sternbild Stier liegt.
Mit dem MIRI (Mid-Infrared Instrument) und der NIRCam (Near-Infrared Camera) des Teleskops sammelte das Team Daten,
die zur Aufklärung der Geschichte des Krebsnebels beitragen.

Der Krebsnebel ist das Ergebnis einer Kernkollaps-Supernova
vom Tod eines massereichen Sterns. Die Supernova-Explosion selbst wurde 1054 n. Chr. auf der Erde beobachtet und war hell genug,
um sie tagsüber zu beobachten.
Der viel schwächere Überrest, der heute beobachtet wird, ist eine expandierende Hülle aus Gas und Staub und ausströmendem Wind,
angetrieben von einem Pulsar, einem schnell rotierenden und stark magnetisierten Neutronenstern

.Auch der Krebsnebel ist höchst ungewöhnlich.
Seine atypische Zusammensetzung und sehr niedrige Explosionsenergie wurden zuvor durch eine Elektroneneinfang-Supernova erklär
eine seltene Art von Explosion, die von einem Stern mit einem weniger entwickelten Kern aus Sauerstoff,
Neon und Magnesium anstelle des typischeren Eisens ausgeht Kern.

„Jetzt erweitern die Webb-Daten die möglichen Interpretationen“, sagte Tea Temim,
Hauptautor der Studie an der Princeton University in New Jersey.
„Die Zusammensetzung des Gases erfordert keine Elektroneneinfangexplosion mehr,
sondern könnte auch durch eine schwache Eisenkern-Kollaps-Supernova erklärt werden.“


Bild: NASA

Dieses Bild der NIRCam (Near-Infrared Camera) und MIRI (Mid-Infrared Instrument) des James Webb Space Telescope der NASA
zeigt verschiedene strukturelle Details des Krebsnebels.
Der Supernova-Überrest besteht aus mehreren verschiedenen Komponenten, darunter doppelt ionisierter Schwefel (grün dargestellt),
warmer Staub (magenta) und Synchrotronemission (blau).
Gelb-weiß gesprenkelte Filamente im Inneren der Krabbe stellen Bereiche dar, in denen Staub und doppelt ionisierter Schwefel zusammentreffen.
Die Beobachtungen wurden im Rahmen des General Observer-Programms 1714 durchgeführt.


Die Gegenwart studieren, um die Vergangenheit zu verstehen

Frühere Forschungsanstrengungen haben die gesamte kinetische Energie der Explosion basierend auf der Menge und
den Geschwindigkeiten der heutigen Ejekta berechnet.
Astronomen folgerten, dass es sich bei der Explosion um eine Explosion mit relativ geringer Energie handelte
(weniger als ein Zehntel der einer normalen Supernova) und dass die Masse des Vorläufersterns im Bereich von acht bis zehn Sonnenmassen lag,
also auf der schmalen Linie zwischen den Sternen schwankte die einen gewaltsamen Supernova-Tod erleiden, und solche, bei denen dies nicht der Fall ist.

Es bestehen jedoch Widersprüche zwischen der Elektroneneinfang-Supernova-Theorie und den Beobachtungen des Krebses,
insbesondere der beobachteten schnellen Bewegung des Pulsars.
In den letzten Jahren haben Astronomen auch ihr Verständnis von Eisenkernkollaps-Supernovae verbessert und gehen nun davon aus,
dass dieser Typ auch Explosionen mit niedriger Energie erzeugen kann, vorausgesetzt, die Sternmasse ist ausreichend gering.


Webb-Messungen gleichen historische Ergebnisse ab

Um die Unsicherheit über den Vorläuferstern des Krebses und die Art der Explosion zu verringern,
nutzte das von Temim geleitete Team die spektroskopischen Fähigkeiten von Webb,
um zwei Bereiche innerhalb der inneren Filamente des Krebses genauer zu untersuchen.

Theorien gehen davon aus, dass aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung des Kerns in einer Elektroneneinfang-Supernova
das Verhältnis von Nickel zu Eisen (Ni/Fe) viel höher sein sollte als das in unserer Sonne
(die diese Elemente aus früheren Generationen enthält) gemessene Verhältnis Sterne).
Studien in den späten 1980er und frühen 1990er Jahren maßen das Ni/Fe-Verhältnis innerhalb der Krabbe mithilfe optischer und nahinfraroter
Daten und stellten ein hohes Ni/Fe-Häufigkeitsverhältnis fest, das das Elektroneneinfang-Supernova-Szenario zu begünstigen schien.

Das Webb-Teleskop mit seinen empfindlichen Infrarotfähigkeiten treibt jetzt die Krebsnebelforschung voran.
Das Team nutzte die spektroskopischen Fähigkeiten von MIRI, um die Emissionslinien von Nickel und Eisen zu messen

Dies führt zu einer zuverlässigeren Schätzung des Ni/Fe-Häufigkeitsverhältnisses.
Sie fanden heraus, dass das Verhältnis im Vergleich zur Sonne immer noch erhöht war,
aber im Vergleich zu früheren Schätzungen nur geringfügig und viel niedriger.

Die überarbeiteten Werte stimmen mit dem Elektroneneinfang überein,
schließen jedoch eine Eisenkernkollaps-Explosion eines ähnlich massearmen Sterns nicht aus.
(Es wird erwartet, dass energiereichere Explosionen von massereicheren Sternen Verhältnisse erzeugen, die näher an der Sonnenhäufigkeit liegen.)
Weitere Beobachtungs- und theoretische Arbeiten werden erforderlich sein, um zwischen diesen beiden Möglichkeiten zu unterscheiden.

„Derzeit decken die Spektraldaten von Webb zwei kleine Regionen des Krebses ab, daher ist es wichtig,
viel mehr vom Rest zu untersuchen und etwaige räumliche Variationen zu identifizieren“,
sagte Martin Laming vom Naval Research Laboratory in Washington und Mitautor von das Papier.
„Es wäre interessant zu sehen, ob wir Emissionslinien von anderen Elementen wie Kobalt oder Germanium identifizieren könnten.“


 
Video: Krebsnebel dekonstruiert


Video: NASA

Dieses Video zeigt die verschiedenen Hauptkomponenten, aus denen der Krebsnebel besteht,
wie er vom James Webb-Weltraumteleskop beobachtet wurde.
Trotz jahrzehntelanger Forschung gibt dieser Supernova-Überrest den Astronomen weiterhin Rätsel auf,
während sie versuchen zu verstehen, welche Art von Vorläuferstern und welche Explosion diese dynamische Umgebung erzeugt haben.