science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Krabnevel:Een krab loopt door de tijd

Credit:Röntgenfoto:NASA/CXC/SAO; Optisch:NASA/STScI; Infrarood:NASA-JPL-Caltech

Volgend jaar is het 20 jaar geleden dat NASA's Chandra X-ray Observatory in de ruimte werd gelanceerd. De Krabnevel was een van de eerste objecten die Chandra onderzocht met zijn scherpe röntgenzicht, en sindsdien is het een frequent doelwit van de telescoop.

Er zijn veel redenen waarom de Krabnevel zo'n goed bestudeerd object is. Bijvoorbeeld, het is een van de weinige gevallen waarin er sterk historisch bewijs is voor wanneer de ster explodeerde. Het hebben van deze definitieve tijdlijn helpt astronomen de details van de explosie en de nasleep ervan te begrijpen.

In het geval van de Krab, waarnemers in verschillende landen meldden het verschijnen van een "nieuwe ster" in 1054 na Christus in de richting van het sterrenbeeld Stier. In de eeuwen daarna is er veel geleerd over de krab. Vandaag, astronomen weten dat de Krabnevel wordt aangedreven door een snel ronddraaiende, sterk gemagnetiseerde neutronenster, een pulsar genaamd, die werd gevormd toen een massieve ster zijn nucleaire brandstof opraakte en instortte. De combinatie van snelle rotatie en een sterk magnetisch veld in de Krab genereert een intens elektromagnetisch veld dat stralen van materie en antimaterie creëert die weg bewegen van zowel de noord- als de zuidpool van de pulsar, en een intense wind die uitstroomt in de equatoriale richting.

De nieuwste afbeelding van de krab is een composiet met röntgenfoto's van Chandra (blauw en wit), NASA's Hubble Space Telescope (paars) en NASA's Spitzer Space Telescope (roze). De omvang van het röntgenbeeld is kleiner dan de andere, omdat extreem energetische elektronen die röntgenstralen uitzenden hun energie sneller wegstralen dan de lagere energie-elektronen die optisch en infrarood licht uitstralen.

Deze nieuwe composiet draagt ​​bij aan een wetenschappelijke erfenis, bijna twee decennia, tussen Chandra en de Krabnevel. Hier is een voorbeeld van de vele inzichten die astronomen hebben verkregen over dit beroemde object met behulp van Chandra en andere telescopen.

1999:Binnen enkele weken nadat het in de zomer van 1999 vanuit de Space Shuttle Columbia in een baan om de aarde werd gebracht, Chandra observeerde de Krabnevel. De Chandra-gegevens onthulden functies in de krab die nog nooit eerder waren gezien, waaronder een heldere ring van hoogenergetische deeltjes rond het hart van de nevel.

2002:De dynamische aard van de Krabnevel werd levendig onthuld in 2002 toen wetenschappers video's maakten op basis van gecoördineerde Chandra- en Hubble-waarnemingen die gedurende meerdere maanden waren gemaakt. De heldere ring die we eerder zagen, bestaat uit ongeveer twee dozijn knopen die zich vormen, verhelderen en vervagen, tril rond, en af ​​en toe uitbarstingen ondergaan die aanleiding geven tot uitdijende wolken van deeltjes, maar op ongeveer dezelfde plaats blijven.

Deze knopen worden veroorzaakt door een schokgolf, vergelijkbaar met een sonische knal, waar snel bewegende deeltjes van de pulsar inslaan op het omringende gas. Heldere slierten die uit deze ring komen, bewegen met de helft van de lichtsnelheid naar buiten om een ​​tweede uitdijende ring te vormen, verder weg van de pulsar.

2006:In 2003, de Spitzer Space Telescope werd gelanceerd en de in de ruimte gebaseerde infraroodtelescoop voegde zich bij Hubble, Chandra, en het Compton Gamma-ray Observatory en voltooide de ontwikkeling van NASA's "Great Observatory"-programma. Een paar jaar later, de eerste composiet van de Krab met gegevens van Chandra (lichtblauw), Hubble (groen en donkerblauw), en Spitzer (rood) werd vrijgelaten.

2008:Terwijl Chandra de krab bleef observeren, de gegevens gaven een duidelijker beeld van wat er in dit dynamische object gebeurde. In 2008, wetenschappers rapporteerden voor het eerst een zicht op de vage grens van de pulsar-windnevel van de Krabnevel (d.w.z. een cocon van hoogenergetische deeltjes rond de pulsar).

De gegevens toonden structuren die astronomen "vingers" noemden, "lussen", en "baaien". Deze kenmerken gaven aan dat het magnetische veld van de nevel en filamenten van koelere materie de beweging van de elektronen en positronen regelen. De deeltjes kunnen snel langs het magnetische veld bewegen en enkele lichtjaren reizen voordat ze hun energie wegstralen. In tegenstelling tot, ze bewegen veel langzamer loodrecht op het magnetische veld, en reizen slechts een korte afstand voordat ze hun energie verliezen.

2011:Time-lapse-films van Chandra-gegevens van de krab zijn krachtige hulpmiddelen geweest om de dramatische variaties in de röntgenstraling nabij de pulsar te laten zien. In 2011, Chandra-waarnemingen, verkregen tussen september 2010 en april 2011, werden verkregen om de locatie te bepalen van opmerkelijke gammaflitsen die werden waargenomen door NASA's Fermi Gamma Ray Observatory en de Italiaanse AGILE-satelliet. De gammastralingsobservatoria waren niet in staat om de bron van de zonnevlammen in de nevel te lokaliseren. maar astronomen hoopten dat Chandra, met zijn afbeeldingen in hoge resolutie, zou.

Er werden twee Chandra-waarnemingen gedaan toen sterke gammaflitsen optraden, maar er werd geen duidelijk bewijs gezien voor gecorreleerde fakkels in de Chandra-afbeeldingen.

Ondanks dit gebrek aan correlatie, de Chandra-waarnemingen hielpen wetenschappers om een ​​verklaring te vinden voor de gammaflitsen. Hoewel er nog andere mogelijkheden zijn, Chandra leverde het bewijs dat versnelde deeltjes de gammaflitsen produceerden.

2014:Om de 15e verjaardag van de lancering van Chandra te vieren, er zijn verschillende nieuwe afbeeldingen van supernovaresten vrijgegeven, inclusief de Krabnevel. Dit was een "driekleuren" afbeelding van de Krabnevel, waarbij de röntgengegevens werden opgesplitst in drie verschillende energiebanden. Op deze afbeelding, de röntgenstralen met de laagste energie die Chandra detecteert, zijn rood, het middenbereik is groen, en de röntgenstralen met de hoogste energie van de krab zijn blauw gekleurd. Merk op dat de omvang van de röntgenstralen met hogere energie in het beeld kleiner is dan de andere. Dit komt omdat de meest energetische elektronen die verantwoordelijk zijn voor röntgenstralen met de hoogste energie hun energie sneller wegstralen dan de elektronen met lagere energie.

2017:Voortbouwend op de multigolflengtebeelden van de Krab uit het verleden, een zeer gedetailleerd beeld van de Krabnevel werd in 2017 gemaakt met behulp van gegevens van telescopen die bijna de hele breedte van het elektromagnetische spectrum beslaan. Radiogolven van de Karl G. Jansky Very Large Array (rood), Hubble optische data (groen), infraroodgegevens van Spitzer (geel), en röntgengegevens van XMM-Newton (blauw) en Chandra (paars) produceerden een spectaculair nieuw beeld van de krab.