Como um enfeite brilhante e redondo pronto para ser colocado no local perfeito em uma árvore de Natal, o remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A) brilha em uma nova imagem do Telescópio Espacial James Webb da NASA. Como parte das Festas de 2023 na Casa Branca, a Primeira-Dama dos Estados Unidos, Dra. Jill Biden, estreou o primeiro Calendário do Advento da Casa Branca. Para mostrar a “Magia, Maravilha e Alegria” da temporada de férias, a Dra. Biden e a NASA estão comemorando com esta nova imagem do Webb.
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Enquanto tudo está brilhante, esta cena não é um proverbial noite silenciosa. A visão do NIRCam (Câmera de Infravermelho Próximo) do Webb de Cas A exibe essa explosão estelar com uma resolução anteriormente inalcançável nessas comprimentos de onda. Este olhar de alta resolução revela detalhes intrincados da concha em expansão de material atingindo o gás eliminado pela estrela antes de explodir.
Cas A é um dos remanescentes de supernova mais estudados em todo o cosmos. Ao longo dos anos, observatórios terrestres e espaciais, incluindo o Observatório de Raios-X Chandra da NASA, o Telescópio Espacial Hubble e o aposentado Telescópio Espacial Spitzer, reuniram uma imagem multiwavelength do remanescente do objeto.
No entanto, os astrônomos agora entraram em uma nova era no estudo de Cas A. Em abril de 2023, o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) do Webb iniciou este capítulo, revelando características novas e inesperadas dentro da concha interna do remanescente de supernova. Muitas dessas características são invisíveis na nova imagem do NIRCam, e os astrônomos estão investigando o motivo.
‘Como Cacos de Vidro’ A luz infravermelha é invisível aos nossos olhos, então processadores de imagem e cientistas traduzem essas frequências de luz para cores visíveis. Nesta nova imagem de Cas A, cores foram atribuídas a diferentes filtros do NIRCam, e cada uma dessas cores sugere diferentes atividades ocorrendo dentro do objeto.
À primeira vista, a imagem do NIRCam pode parecer menos colorida do que a imagem do MIRI. No entanto, isso se deve simplesmente às frequências em que o material do objeto está emitindo sua luz.
As cores mais perceptíveis na nova imagem do Webb são aglomerados representados em laranja brilhante e rosa claro, que compõem a concha interna do remanescente de supernova. A visão nítida do Webb pode detectar os menores nós de gás, compostos por enxofre, oxigênio, argônio e néon da própria estrela. Incorporado neste gás, existe uma mistura de poeira e moléculas, que eventualmente se tornarão componentes de novas estrelas e sistemas planetários. Alguns filamentos de detritos são tão pequenos que não podem ser resolvidos nem mesmo pelo Webb, o que significa que são comparáveis ou menores do que 10 bilhões de milhas (cerca de 100 unidades astronômicas). Em comparação, toda a Cas A se estende por 10 anos-luz, ou 60 trilhões de milhas.
A imagem mostra uma comparação lado a lado do remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A) capturado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA usando as câmeras NIRCam (Câmera de Infravermelho Próximo) e MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio). Objetos no espaço revelam diferentes aspectos de sua composição e comportamento em diferentes comprimentos de onda. A área externa da concha interna principal de Cas A, que parecia laranja e vermelha na imagem do MIRI, se assemelha a fumaça de uma fogueira na imagem do NIRCam. A poeira no material circumestelar sendo atingida pela onda de choque é muito fria para ser detectada diretamente em comprimentos de onda de infravermelho próximo, mas se ilumina no infravermelho médio. Também não é visível na visão de infravermelho próximo o laço de luz verde na cavidade central de Cas A, que brilha no infravermelho médio e foi apelidado de Monstro Verde pela equipe de pesquisa. CRÉDITO: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Milisavljevic (Universidade Purdue), T. Temim (Universidade de Princeton), I. De Looze (Universidade de Gent)
“Com a resolução do NIRCam, agora podemos ver como a estrela moribunda foi absolutamente despedaçada quando explodiu, deixando filamentos semelhantes a pequenos cacos de vidro,” disse Danny Milisavljevic da Universidade Purdue, líder da equipe de pesquisa. “É realmente incrível, após todos esses anos estudando Cas A, agora resolver esses detalhes, que estão nos fornecendo uma visão transformadora de como essa estrela explodiu.”
Monstro Verde Oculto Ao comparar a nova visão do Webb em infravermelho próximo de Cas A com a visão em infravermelho médio, sua cavidade interna e concha mais externa estão curiosamente desprovidas de cor.
As extremidades da concha interna principal, que apareciam como laranja profundo e vermelho na imagem do MIRI, agora se parecem com fumaça de uma fogueira. Isso marca onde a onda de choque da supernova está atingindo o material circumestelar circundante. A poeira no material circumestelar é muito fria para ser detectada diretamente em comprimentos de onda de infravermelho próximo, mas se ilumina no infravermelho médio.
Os pesquisadores dizem que a cor branca é luz da radiação de sincrotron, que é emitida em todo o espectro eletromagnético, incluindo o infravermelho próximo. Ela é gerada por partículas carregadas viajando em velocidades extremamente altas, girando em torno de linhas de campo magnético. A radiação de sincrotron também é visível nas conchas em forma de bolha na metade inferior da cavidade interna.
Também não é visível na visão de infravermelho próximo o laço de luz verde no centro da cavidade de Cas A que brilhava no infravermelho médio, apelidado de Monstro Verde pela equipe de pesquisa. Esta característica foi descrita como “desafiadora de entender” pelos pesquisadores no momento do primeiro olhar.
Embora o ‘verde’ do Monstro Verde não seja visível no NIRCam, o que resta no infravermelho próximo naquela região pode fornecer informações sobre a misteriosa característica. Os buracos circulares visíveis na imagem do MIRI são levemente delineados em emissão branca e roxa na imagem do NIRCam – isto representa gás ionizado. Os pesquisadores acreditam que isso se deve aos detritos da supernova perfurando e esculpindo o gás deixado para trás pela estrela antes de explodir.
Bebê Cas A Os pesquisadores também ficaram absolutamente surpresos por uma característica fascinante no canto inferior direito do campo de visão do NIRCam. Eles estão chamando aquele grande e listrado blob de Bebê Cas A – porque parece ser uma descendência da supernova principal.
Este é um eco de luz, onde a luz da explosão da estrela há muito tempo chegou e está aquecendo poeira distante, que está brilhando enquanto esfria. A complexidade do padrão de poeira e a aparente proximidade de Bebê Cas A de Cas A são particularmente intrigantes para os pesquisadores. Na realidade, Bebê Cas A está localizado a cerca de 170 anos-luz atrás do remanescente de supernova.
Também há vários outros ecos de luz menores espalhados pela nova imagem do Webb.
O remanescente de supernova Cas A está localizado a 11.000 anos-luz de distância na constelação de Cassiopeia. Estima-se que tenha explodido há cerca de 340 anos de nosso ponto de vista.
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