Als een glanzend, rond ornament dat klaar is om op de perfecte plek in de kerstboom te worden geplaatst, schittert supernovarestant Cassiopeia A (Cas A) op een nieuwe foto van de NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. Deze scène is echter geen spreekwoordelijke stille nacht, alles is niet rustig. Webb's NIRCam (Near-Infrared Camera) foto van Cas A laat een zeer gewelddadige explosie zien met een resolutie die voorheen onbereikbaar was op deze golflengten. Deze hoge-resolutieopname onthult ingewikkelde details van de uitzettende schil van materiaal die tegen het gas van de ster botst voordat deze explodeert.
Cas A is een van de best bestudeerde supernovaresten in het heelal. In de loop der jaren hebben observatoria op de grond en in de ruimte, waaronder de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop, samen een veelzijdig beeld opgebouwd van de brokstukken van het object. Astronomen zijn nu echter een nieuw tijdperk binnengetreden in de studie van Cas A. In april 2023 begint Webb's MIRI (Mid-Infrarood Instrument) aan dit verhaal en onthult nieuwe en onverwachte kenmerken binnen de binnenste schil van het supernovarestant. Maar veel van die kenmerken zijn onzichtbaar in het nieuwe NIRCam-beeld, en astronomen onderzoeken hoe dat komt. Infrarood licht is onzichtbaar voor onze ogen, dus beeldverwerkers en wetenschappers geven deze golflengten van licht weer met zichtbare kleuren. In dit nieuwste beeld van Cas A zijn kleuren toegewezen aan de verschillende filters van NIRCam en elk van deze kleuren wijst op een andere activiteit in het object. Op het eerste gezicht lijkt de NIRCam-opname minder kleurrijk dan de MIRI-opname. Dit betekent echter niet dat er minder informatie is: het heeft gewoon te maken met de golflengten waarin het materiaal in het object licht uitzendt.
De meest opvallende kleuren op Webbs nieuwste foto zijn de helderoranje en lichtroze klonten die het binnenste omhulsel van het supernovarestant vormen. Webb's haarscherpe beeld kan de kleinste gasklompjes detecteren, bestaande uit zwavel, zuurstof, argon en neon van de ster zelf. In dit gas zit een mengsel van stof en moleculen dat uiteindelijk zal worden opgenomen in nieuwe sterren en planetenstelsels. Sommige filamenten van puin zijn te klein om te worden opgelost, zelfs door Webb, wat betekent dat ze een diameter hebben van 16 miljard km of minder (ongeveer 100 astronomische eenheden). Ter vergelijking: Cas A beslaat in zijn geheel 10 lichtjaar, oftewel ongeveer 96 biljoen km.
Als we Webbs nieuwe nabij-infraroodopname van Cas A vergelijken met de midden-infraroodopname, zien we dat de binnenste holte en de buitenste schil vreemd genoeg geen kleur hebben. De buitenranden van de binnenste schil, die er in het MIRI-beeld diep oranje en rood uitzagen, lijken nu op de rook van een kampvuur. Dit geeft aan waar de supernova-uitbarsting het omringende omringende materiaal raakt. Het stof in het omringende materiaal is te koel om direct waargenomen te worden bij nabij-infrarode golflengten, maar licht op in het midden-infrarood. Onderzoekers hebben geconcludeerd dat de witte kleur licht is van synchrotronstraling, dat wordt uitgezonden over het hele elektromagnetische spectrum, inclusief het nabije infrarood. Het wordt opgewekt door geladen deeltjes die met extreem hoge snelheden rond magnetische veldlijnen draaien. Synchrotronstraling is ook zichtbaar in de belachtige omhulsels in de onderste helft van de binnenste holte.
Ook niet te zien in het nabij-infrarood is de lus van groen licht in de centrale holte van Cas A die gloeide in het midden-infrarood licht, door het onderzoeksteam toepasselijk het Groene Monster genoemd. Dit kenmerk werd door de onderzoekers tijdens hun eerste blik beschreven als 'moeilijk te begrijpen'. Hoewel het 'groen' van het Groene Monster niet zichtbaar is in NIRCam, kan wat overblijft in het nabij-infrarood in die regio inzicht geven in de mysterieuze eigenschap. De cirkelvormige gaten die zichtbaar zijn in de MIRI-opname zijn in de NIRCam-opname vaag omlijnd met witte en paarse emissies - dit vertegenwoordigt geïoniseerd gas. Onderzoekers denken dat dit komt doordat het puin van de supernova door het gas duwt dat de ster achterliet voordat hij explodeerde.
Onderzoekers waren ook stomverbaasd over een fascinerend verschijnsel in de rechterbenedenhoek van het beeldveld van NIRCam. Ze noemen die grote, gestreepte klodder Baby Cas A - omdat het lijkt op een nakomeling van de belangrijkste supernova. Dit is een lichtecho. Het licht van de explosie van de ster heeft het stof in de verte bereikt en verwarmt het. De complexiteit van het stofpatroon en de schijnbare nabijheid van Baby Cas A zelf zijn bijzonder intrigerend voor onderzoekers. In werkelijkheid bevindt Baby Cas A zich ongeveer 170 lichtjaar achter het supernovarestant. Er zijn ook verschillende andere, kleinere lichtecho's verspreid over Webbs nieuwe portret. Het Cas A supernovarestant bevindt zich op 11 000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Cassiopeia. Vanuit ons gezichtspunt is hij naar schatting ongeveer 340 jaar geleden geëxplodeerd.
Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Milisavljevic (Purdue University),
T. Temim (Princeton University), I. De Looze (University of Gent)
Bron: ESA
