В своей работе группа ученых использовала космический телескоп Джеймса Уэбба для анализа состава Крабовидной туманности, расположенной в созвездии Тельца, на расстоянии 6500 световых лет от Земли. С помощью инструментов MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона) и NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) команда собрала данные, которые помогают прояснить историю этого региона.

Крабовидная туманность является результатом коллапса ядра сверхновой, который ознаменовал смерть массивной звезды. Сам взрыв сверхновой был замечен на Земле в 1054 году нашей эры. Он был достаточно ярким, чтобы его можно было наблюдать в дневное время. Гораздо более тусклый остаток, наблюдаемый сегодня, представляет собой расширяющуюся оболочку из газа и пыли и исходящий ветер, питаемый пульсаром, то есть быстро вращающейся и сильно намагниченной нейтронной звездой.

При этом туманность весьма необычна. Нетипичный состав и очень низкая энергия ранее заставляли астрономов думать, что ее породила сверхновая с захватом электронов. Это редкий тип взрыва, который возникает в звезде с менее развитым ядром, состоящим из кислорода, неона и магния.

В ходе прошлых исследований на основе количества и скорости обломков была рассчитана общая кинетическая энергия сверхновой. Астрономы пришли к выводу, что этот показатель составлял менее одной десятой от типичного, а масса звезды-прародительницы находилась в диапазоне от восьми до десяти солнечных масс. То есть ровно на грани между звездами, которые погибают в мощном взрыве сверхновой и теми, кого такая судьба минует.

Однако существуют несоответствия между теорией сверхновой с захватом электронов и наблюдениями за туманностью. В частности речь идет о видимых быстрых движениях пульсара. В последние годы астрономы также улучшили свое понимание сверхновых с коллапсом железного ядра и теперь полагают, что этот тип также может производить взрывы низкой энергии. Например, если звездная масса достаточно мала.

Чтобы снизить уровень неопределенности относительно звезды-прародителя и природы взрыва, научная группа использовала спектроскопические возможности Уэбба. Они сосредоточились на двух внутренних областях туманности.

Теории предсказывают, что из-за различного химического состава ядра сверхновой с электронным захватом соотношение содержания никеля и железа должно быть намного выше, чем измеренное на нашем Солнце (которое содержит эти элементы из предыдущих поколений звезды). Исследования конца 1980-х и начала 1990-х годов измеряли соотношение этих металлов внутри Крабовидной туманности, используя оптические и инфракрасные данные ближнего спектра. Тогда отмечалось высокое соотношение содержания никеля к железу, что, по-видимому, благоприятствовало сценарию сверхновой с захватом электронов.

Теперь же Уэбб дает новый набор инструментов, позволяющий более детально изучить туманность. Команда использовала спектроскопические возможности MIRI для измерения эмиссионных линий никеля и железа, что привело к более надежной оценке соотношения содержания элементов. Ученые обнаружили, что этот показатель выше, чем у Солнца. Однако разница незначительна и намного меньше, чем считалось ранее.

Пересмотренные значения согласуются с гипотезой о сверхновой с захватом электронов, но не исключают и коллапс железного ядра звезды с такой же малой массой. Чтобы различить эти две возможности, потребуются дальнейшие наблюдения и теоретические работы.

Помимо получения спектральных данных из двух небольших областей внутренней части Крабовидной туманности, телескоп также наблюдал за более широким окружением.

Изображения и данные, собранные MIRI, позволили команде изолировать выбросы пыли внутри региона и впервые нанести их на карту в высоком разрешении. Объединив эти результаты с данными Космической обсерватории Гершель о более холодных частицах, команда создала всестороннюю картину распределения пыли. Самые внешние нити содержат относительно более теплую материю, в то время как более холодные частицы преобладают недалеко от центра.

Результаты были приняты к публикации в The Astrophysical Journal Letters.