Νέες φωτογραφίες του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb: τα τελευταία στάδια της αστρικής εξέλιξης

 

Καλλιτεχνική απεικόνιση του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb

Εικόνα: Vadim Sadovski, Elements of image provided by Nasa

Το James Webb παρατηρεί το υπόλειμμα σουπερνόβα Cas A και τον αστέρα Wolf-Rayet 124

συγγραφέας: Παναγιώτα Ντόβα 26 Απριλίου 2023

Τους τελευταίους μήνες, δημοσιεύονται συνεχώς εντυπωσιακές εικόνες από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb. Βλέπουμε μακρινούς γαλαξίες που δεν είχαμε παρατηρήσει ποτέ ξανά, εντυπωσιακά νεφελώματα και φωτογραφίες βαθέως πεδίου. Ωστόσο, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν αντικείμενα που είχαν παρατηρηθεί επανειλημμένα στο παρελθόν, στα οποία «ρίχνουμε μία νέα ματιά». Το James Webb μας δίνει τις πιο λεπτομερείς εικόνες που έχουμε για αστέρες οι οποίοι παρατηρούνταν επί δεκαετίες με όργανα χαμηλότερων δυνατοτήτων.

Μέσα στις τελευταίες εβδομάδες, δημοσιεύτηκαν οι εντυπωσιακές εικόνες του αστέρα WR-124 και του υπολείμματος σουπερνόβα Κασσιόπη Α. Τα δύο αυτά αντικείμενα είναι ενδεικτικά των τελευταίων σταδίων εξέλιξης αστέρων με μεγάλη μάζα, δεκάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ηλίου, γι’ αυτό η μελέτη τους μπορεί να δώσει απαντήσεις σε σημαντικά ερωτήματα σχετικά με το τέλος της ζωής των αστέρων.

Κασσιόπη Α

Όλοι οι αστέρες βρίσκονται σε μία κατάσταση «δυναμικής ισορροπίας» για το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους. Μέσω της πυρηνικής σύντηξης που πραγματοποιείται στο εσωτερικό τους, το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο1 και η διαδικασία συνεχίζεται παράγοντας όλο και πιο βαριά χημικά στοιχεία2, μέχρι τον σίδηρο. Όταν η πυρηνική σύντηξη φτάσει στον σίδηρο, δεν παράγεται πλέον ενέργεια, αλλά καταναλώνεται. Τότε, η βαρύτητα υπερισχύει και ο αστέρας καταρρέει προς το κέντρο του. Οι αστέρες μεγάλης μάζας καταρρέουν σε αστέρες νετρονίων ή μαύρες τρύπες, ενώ παράλληλα εκτινάσσουν τα εξωτερικά τους στρώματα σε μια έκρηξη σουπερνόβα.

Τα υλικά της έκρηξης σουπερνόβα, καθώς απομακρύνονται από τον αστέρα, ψύχονται και δημιουργούν νέφη από «κοσμική σκόνη», δηλαδή μικρά στερεά σωμάτια αποτελούμενα από τα βαριά χημικά στοιχεία που παράχθηκαν κατά τη διάρκεια της ζωής του αστέρα. Τα νέφη αυτά με τη σειρά τους θα καταρρεύσουν σχηματίζοντας νέους αστέρες και πλανήτες εμπλουτισμένους με βαριά χημικά στοιχεία. Επομένως, η μελέτη των εκρήξεων σουπερνόβα είναι ζωτικής σημασίας, όχι μόνο για την κατανόηση του τέλους της ζωής των αστέρων, αλλά και για την κατανόηση της γέννησής τους.

Το υπόλειμμα σουπερνόβα Cassiopeia A έχει διάμετρο 10 έτη φωτός και βρίσκεται σε απόσταση 11.000 ετών φωτός από τη Γη, στον αστερισμό της Κασσιόπης. Πρόκειται για το πιο πρόσφατο υπόλειμμα σουπερνόβα που έχουμε εντοπίσει εντός του Γαλαξία μας, ενώ το φως της έκρηξης έφτασε στη Γη μόλις πριν από 340 έτη. Γι’ αυτόν τον λόγο έχει παρατηρηθεί εκτενώς στο παρελθόν τόσο με επίγεια όσο και με διαστημικά τηλεσκόπια. Ωστόσο, στην εικόνα που λήφθηκε από το James Webb και δημοσιεύτηκε στις 7 Απριλίου, φαίνεται με μεγαλύτερη λεπτομέρεια από κάθε άλλη φορά. Παρατηρούνται για πρώτη φορά μικροί σχηματισμοί στο εσωτερικό του και μας δίνεται η δυνατότητα να διακρίνουμε ποια χημικά στοιχεία βρίσκονται σε κάθε περιοχή του.

 

Το υπόλειμμα σουπερνόβα Cas A, όπως απεικονίστηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb

Εικόνα: NASA, ESA, CSA, D. Milisavljevic (Purdue), T. Temim (Princeton), I. De Looze (Ghent University). Image Processing: J. DePasquale (STScI)

Στο εξωτερικό της φυσαλίδας, ιδιαίτερα στο επάνω και αριστερά τμήμα της φωτογραφίας, βρίσκεται υλικό που φαίνεται πορτοκαλί και κόκκινο. Σε αυτή την περιοχή τα εξωτερικά στρώματα που αποτινάσσονται από τον αστέρα συναντούν αέρια και σκόνη του μεσοαστρικού χώρου. Μέσα στο κέλυφος, παρατηρούνται νημάτια και κόμβοι έντονου ροζ χρώματος. Πρόκειται για υλικό από τον ίδιο τον αστέρα, το οποίο λάμπει λόγω διάφορων χημικών στοιχείων, όπως το οξυγόνο, το αργό και το νέον, καθώς και λόγω της κοσμικής σκόνης. Το αστρικό υλικό επίσης φαίνεται αμυδρά κοντά στο εσωτερικό της κοιλότητας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εμφανίζει ένας πράσινος βρόχος, που εκτείνεται στη δεξιά πλευρά της κεντρικής κοιλότητας. Οι ερευνητές το έχουν ονομάσει «Πράσινο Τέρας» προς τιμήν του Fenway Park στη Βοστώνη. Πρόκειται για έναν σχηματισμό με ιδιαίτερη και πολύπλοκη μορφή, που είναι δύσκολο να κατανοηθεί και να ερμηνευθεί. Σύμφωνα με την Ilse De Looze από το Πανεπιστήμιο της Γάνδης στο Βέλγιο, συνεχίζεται η προσπάθεια να εντοπιστούν όλες οι πηγές εκπομπής ακτινοβολίας στον σχηματισμό.

WR-124

Ορισμένοι αστέρες με μεγάλη μάζα, μεταξύ της φάσης του υπεργίγαντα και της βαρυτικής κατάρρευσής τους, περνούν από το στάδιο Wolf-Rayet. Τότε, απομακρύνουν σταδιακά τα εξωτερικά τους στρώματα, δημιουργώντας κελύφη από αέρια και σκόνη. Αυτό το ενδιάμεσο στάδιο της εξέλιξης των αστέρων διαρκεί πολύ λίγο στις κοσμικές χρονικές κλίμακες, γεγονός που το καθιστά δύσκολο να παρατηρηθεί.

Οι αστέρες Wolf-Rayet εμφανίζουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες και ισχυρό αστρικό άνεμο, δηλαδή σωματίδια και ακτινοβολία που απομακρύνονται από αυτούς με μεγάλες ταχύτητες. Επιπλέον, έχουν επιφάνεια εμπλουτισμένη με τα βαριά χημικά στοιχεία που έχουν παραχθεί κατά τη διάρκεια της ζωής τους, τα οποία στη συνέχεια θα εκτιναχθούν με την έκρηξη σουπερνόβα και θα διασκορπιστούν στον μεσοαστρικό χώρο. Συνεπώς, η μελέτη τους είναι ζωτικής σημασίας για την εξέλιξη των αστέρων, για τους ίδιους λόγους με τις εκρήξεις σουπερνόβα.

 

Ο αστέρας Wolf-Rayet 124, όπως απεικονίστηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb

Εικόνα: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team

Ο αστέρας Wolf-Rayet 124 βρίσκεται σε απόσταση 15.000 ετών φωτός από τη Γη, στον αστερισμό του Βέλους. Το James Webb στράφηκε προς αυτόν κατά τους πρώτους μήνες λειτουργίας του και η φωτογραφία του δημοσιεύτηκε στις 14 Μαρτίου. Ο αστέρας έχει μάζα 30 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου και έχει ήδη αποθέσει το 1/3 αυτής. Η κοσμική σκόνη που σχηματίζεται εκπέμπει ακτινοβολία στο υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, η οποία ανιχνεύεται από το Webb. Η κάμερα NIRCam (Near-Infrared Camera) ισοσταθμίζει το έντονο φως του άστρου και δίνει τη δυνατότητα να γίνει ορατό το περιβάλλον του, του οποίου η εκπεμπόμενη ακτινοβολία είναι πιο ασθενής. Παράλληλα, το όργανο MIRI (Mid-Infrared Instrument) αποκαλύπτει την πολύπλοκη δομή αερίου και σκόνης που τον περιβάλλει.

Η εξαιρετική ικανότητα του James Webb να απεικονίζει αντικείμενα σε υπέρυθρα μήκη κύματος μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε την κοσμική σκόνη, η οποία έχει καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό νέων αστέρων και πλανητών. Το μεγάλο πλήθος πληροφοριών που λαμβάνουμε από τις δύο νέες εικόνες δημιουργεί μεγάλη προσμονή για τις επόμενες φωτογραφίες που θα δημοσιευτούν.

1. Κατά τη διάρκεια της μετατροπής υδρογόνου σε ήλιο, οι αστέρες βρίσκονται στην «Κύρια ακολουθία».

2. Τότε καλούνται «Γίγαντες» ή «Υπεργίγαντες» αστέρες.

συγγραφέας: Παναγιώτα Ντόβα