Webb našel důkazy o neutronové hvězdě v srdci pozůstatku mladé supernovy

Vesmírný dalekohled NASA James Webb Space Telescope (JWST) našel dosud nejlepší důkaz pro emisi z neutronové hvězdy v místě nedávno pozorované supernovy. Supernova známá jako SN 1987A byla supernova s kolapsem jádra, což znamená, že zhutněné zbytky v jejím jádru vytvořily buď neutronovou hvězdu, nebo černou díru. Důkazy pro takto kompaktní objekt se dlouho hledaly, a přestože nepřímé důkazy o přítomnosti neutronové hvězdy byly již dříve nalezeny, je to poprvé, kdy byly zjištěny účinky vysokoenergetické emise z pravděpodobné mladé neutronové hvězdy.

Supernovy – poslední smrtelné výkřiky některých hmotných hvězd – vybuchnou během několika hodin a jasnost exploze vyvrcholí během několika měsíců. Pozůstatky explodující hvězdy se v následujících desetiletích vyvíjejí rychlým tempem, což astronomům nabídne vzácnou příležitost studovat klíčový astronomický proces v reálném čase.

Supernova 1987A
Supernova SN 1987A se objevila 160 000 světelných let od Země ve Velkém Magellanově mračnu. Poprvé byla na Zemi pozorována v únoru 1987 a její jasnost dosáhla vrcholu v květnu téhož roku. Byla to první supernova, kterou bylo možné vidět pouhým okem od pozorování Keplerovy supernovy v roce 1604.

Asi dvě hodiny před prvním pozorováním SN 1987A ve viditelném světle tři observatoře po celém světě zaznamenaly výbuch neutrin trvající jen několik sekund. Tyto dva různé typy pozorování byly spojeny se stejnou událostí supernovy a poskytly důležité důkazy pro podporu teorie o tom, jak probíhají supernovy s kolapsem jádra. Tato teorie zahrnovala očekávání, že tento typ supernovy vytvoří neutronovou hvězdu nebo černou díru. Astronomové od té doby hledali důkazy pro jeden nebo druhý z těchto kompaktních objektů v centru rozpínajícího se zbytkového materiálu.

Nepřímé důkazy o přítomnosti neutronové hvězdy ve středu zbytku po výbuchu supernovy byly nalezeny v posledních několika letech a pozorování mnohem starších zbytků supernov – jako je Krabí mlhovina – potvrzují, že neutronové hvězdy se nacházejí v mnoha zbytcích supernov. Doposud však nebyl pozorován žádný přímý důkaz neutronové hvězdy po SN 1987A (nebo jakékoli jiné podobné nedávné explozi supernovy).

Claes Fransson ze Stockholmské univerzity a hlavní autor této studie vysvětlil: „Z teoretických modelů SN 1987A 10sekundový záblesk neutrin pozorovaný těsně před supernovou naznačoval, že při explozi vznikla neutronová hvězda nebo černá díra. Ale nepozorovali jsme žádný přesvědčivý důkaz takového novorozeného objektu z žádné exploze supernovy. S touto observatoří (JWST) jsme nyní našli přímý důkaz emise spouštěné novorozeným kompaktním objektem, pravděpodobně neutronovou hvězdou.“

Popis k obrázku vpravo: Vesmírný dalekohled Jamese Webba podal dosud nejlepší důkaz emise z neutronové hvězdy v místě známé a nedávno pozorované supernovy pojmenované SN 1987A. Vlevo je snímek NIRCam (Near-Infrared Camera) pořízený v roce 2023. Obrázek vpravo nahoře ukazuje světlo z jednou ionizovaného argonu (Argon II) zachycené režimem spektrografu středního rozlišení (MRS) MIRI (Mid-Infrared Instrument). Obrázek vpravo dole ukazuje světlo z vícenásobně ionizovaného argonu zachycené spektrografem NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Oba přístroje vykazují silný signál ze středu zbytku supernovy. To vědeckému týmu naznačilo, že se tam nachází zdroj vysokoenergetického záření, pravděpodobně neutronová hvězda.

Webbova pozorování SN 1987A
Webbův teleskop zahájil vědecká pozorování v červenci 2022 a pozorování pro tuto práci byla pořízena 16. července, díky čemuž je pozůstatek SN 1987A jedním z prvních objektů, které Webb pozoroval. Tým použil režim Medium Resolution Spectrograph (MRS) Webbova přístroje MIRI (Mid-Infrared Instrument), který členové stejného týmu pomohli vyvinout. MRS je typ přístroje známý jako integrální jednotka pole (IFU).

IFU jsou schopny zobrazit objekt a současně pořídit jeho spektrum. IFU tvoří spektrum na každém pixelu, což umožňuje pozorovatelům vidět spektroskopické rozdíly napříč objektem. Analýza Dopplerova posunu každého spektra také umožňuje vyhodnocení rychlosti v každé poloze.

Spektrální analýza výsledků ukázala silný signál díky ionizovanému argonu ze středu vyvrženého materiálu, který obklopuje původní místo SN 1987A. Následná pozorování pomocí Webbova NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) IFU na kratších vlnových délkách nalezla ještě silněji ionizované chemické prvky, zejména pětkrát ionizovaný argon (což znamená atomy argonu, které ztratily pět ze svých 18 elektronů). Takové ionty vyžadují ke vzniku vysoce energetické fotony a ty fotony musí odněkud pocházet.

„Aby došlo k vytvoření těchto iontů, které jsme pozorovali ve vyvrženém materiálu, bylo jasné, že ve středu zbytku SN 1987A musí být zdroj vysokoenergetického záření,“ řekl Claes Fransson. V letošním roce jsou plánována další pozorování pomocí Webbova teleskopu a pozemních dalekohledů. Výzkumný tým doufá, že probíhající studie poskytne více informací o tom, co se přesně děje v srdci pozůstatku SN 1987A. Tato pozorování doufejme podnítí vývoj podrobnějších modelů, což nakonec astronomům umožní lépe porozumět nejen SN 1987A, ale všem supernovám s kolapsem jádra.

Tato zjištění byla publikována v časopise Science.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/webb/webb-finds-evidence-for-neutron-star-at-heart-of-young-supernova-remnant/ a https://www.sci.news/astronomy/webb-emission-neutron-star-supernova-1987a-remnant-12715.html

autor: František Martinek