Les télescopes de la NASA traquent le « monstre vert » dans les débris de l’étoile

En rassemblant les données de deux télescopes de la NASA, les astronomes pourraient avoir résolu un mystère autour d’une structure étrange découverte dans le champ de débris d’une étoile explosée. Leurs travaux ont permis de découvrir de nouveaux détails sur les restes de la star et sur l’explosion elle-même.

Cette étude du célèbre reste de supernova Cassiopée A (Cas A) utilise les données de l’observatoire à rayons X Chandra et du télescope spatial James Webb et comprend la première image de Cas A combinant les données des deux télescopes.

Cette curieuse structure a été identifiée pour la première fois dans les données infrarouges de Webb d’avril 2023. L’origine de cette structure, surnommée le « monstre vert » en raison de sa ressemblance avec le mur dans le champ gauche de Fenway Park, n’était pas claire.

Cependant, en combinant les données de Webb avec les rayons X de Chandra, les chercheurs pensent avoir traqué la source du Monstre Vert.

“Nous soupçonnions déjà que le monstre vert avait été créé par une onde de choc provenant de l’étoile explosée frappant la matière qui l’entourait”, a déclaré Jacco Vink de l’Université d’Amsterdam, qui dirige les travaux sur Chandra. “Chandra nous a aidé à conclure l’affaire.”

Lorsqu’une étoile massive a explosé pour créer Cas A il y a environ 340 ans, du point de vue de la Terre, elle a créé une boule de matière et de lumière qui s’est étendue vers l’extérieur. Dans les parties extérieures de Cas A, l’onde de souffle frappe le gaz environnant qui a été éjecté par l’étoile entre environ 10 000 et 100 000 ans avant l’explosion. Cela formait un environnement favorable à la formation de poussière après le refroidissement du matériau stellaire éjecté.

Les données Chandra révèlent des gaz chauds, provenant principalement de débris de supernova comprenant des éléments comme le silicium et le fer, mais également d’électrons énergétiques en spirale autour des lignes de champ magnétique dans l’onde de souffle. Ces électrons s’allument sous forme d’arcs minces à proximité de l’onde de souffle et apparaissent également dans certaines parties de l’intérieur. Webb met en évidence l’émission infrarouge de la poussière qui est réchauffée parce qu’elle est incrustée dans le gaz chaud vu par Chandra, et celle des débris de supernova beaucoup plus froids.

Malgré cette scène stellaire chaotique, le Monstre Vert se démarquait clairement dans l’image originale de Webb. En analysant les données Chandra du reste, Vink et ses collègues ont découvert que les filaments dans la partie externe de Cas A, provenant de l’onde de souffle, correspondaient étroitement aux propriétés des rayons X du Monstre Vert, y compris moins de fer et de silicium que dans les débris de la supernova. . Cela implique une origine commune pour le monstre vert et l’onde de souffle.

Les données Chandra montrent également que la matière du Monstre Vert se déplace entièrement vers nous, ce qui indique qu’elle s’enfonce dans le gaz éjecté de l’étoile du côté proche de Cas A. Sa vitesse est environ la moitié de la vitesse moyenne de l’onde de souffle, ce qui suggère que la densité de matière dans le monstre vert est bien supérieure à la densité moyenne de matière entourant Cas A. Ce résultat peut aider à reconstruire l’histoire compliquée de la masse perdue par l’étoile avant son explosion.

“Nous avons conclu que le Monstre Vert fait également partie de l’onde explosive et photobombe la partie centrale de Cas A plutôt que d’en faire partie. Nous avons ensuite supprimé numériquement le Monstre Vert du reste de l’image pour en savoir plus sur ce qui se cache derrière. “, a déclaré Ilse De Looze de l’Université de Gand en Belgique, co-chercheuse de l’étude Webb. “C’est comme si on nous avait remis un puzzle 3D terminé et que nous pouvions retirer des pièces pour voir ce qu’il y avait à l’intérieur.”

Les débris de l’étoile sont vus par Chandra car ils sont chauffés à des dizaines de millions de degrés par des ondes de choc, semblables aux bangs soniques d’un avion supersonique. Webb peut voir des matériaux qui n’ont pas été affectés par les ondes de choc, ce que l’on peut appeler des débris « vierges ». Une grande partie de cela se cache derrière le Monstre Vert. La combinaison des données de Webb et Chandra donne donc un recensement plus complet des débris de l’étoile explosée.

“Nous avons réalisé la première carte des débris vierges en forme de toile au centre de ce reste de supernova”, a déclaré Dan Milisavljevic de l’Université Purdue, qui dirige l’étude Webb et a présenté ces résultats lors de la 243e réunion de l’American Astronomical Institute. Société à la Nouvelle-Orléans. “Personne n’a jamais vu de telles structures auparavant dans une étoile explosée.”

Pour en savoir plus sur l’explosion de la supernova, l’équipe a comparé la vue Webb des débris immaculés de l’étoile détruite avec des cartes aux rayons X des éléments radioactifs créés dans la supernova. Ils ont utilisé les données NuSTAR (Nuclear Spectroscopique Telescope Array) de la NASA pour cartographier le titane radioactif, encore visible aujourd’hui, et Chandra pour cartographier l’emplacement du nickel radioactif en mesurant l’emplacement du fer. Le nickel radioactif se désintègre pour former du fer.

Deux aspects ressortent de cette comparaison. Certains filaments de débris immaculés près du centre de Cas A, vus avec Webb, sont connectés au fer vu avec Chandra plus loin. Le titane radioactif est visible là où les débris vierges sont relativement faibles.

Ces comparaisons suggèrent que les matières radioactives observées dans les rayons X ont contribué à façonner les débris immaculés près du centre des restes observés avec Webb, formant ainsi des cavités. Les fines structures des débris vierges se sont très probablement formées lorsque les couches internes de l’étoile ont été violemment mélangées à de la matière chaude et radioactive produite lors de l’effondrement du noyau de l’étoile sous l’effet de la gravité.

“Ces données et découvertes initiales de l’enquête Webb, étayées par d’autres télescopes comme Chandra, aident à répondre aux questions non résolues sur les explosions massives d’étoiles qui ont de larges implications sur la formation et l’évolution des populations stellaires, ainsi que sur l’enrichissement en métaux et en poussières des galaxies”, a déclaré Tea Temim. de l’Université de Princeton, qui est co-chercheur de l’étude Webb.

Ces résultats sont décrits dans deux articles soumis à Lettres de journaux astrophysiquescelui dirigé par Dan Milisavljevic s’est concentré sur les résultats Webb (pré-impression ici) et l’autre dirigé par Jacco Vink axé sur les résultats Chandra (pré-impression ici). Des articles connexes rédigés par d’autres membres de l’équipe de recherche sont également en préparation.