این گروه پژوهشی با کمک «دستگاه فروسرخ میانی»(MIRI) و «دوربین فروسرخ نزدیک»(NIRCam) جیمز وب، داده‌هایی را جمع‌آوری کرده‌اند که می‌تواند تاریخچه سحابی خرچنگ را آشکار کند.

سحابی خرچنگ نتیجه ابرنواختر حاصل از فروپاشی هسته پس از مرگ یک ستاره بزرگ است. خود انفجار ابرنواختر در سال ۱۰۵۴ پس از میلاد روی زمین دیده شد و آن قدر روشن بود که در طول روز مشاهده شود. بقایای بسیار کم‌نورتر ابرنواختر که امروزه دیده می‌شود، پوسته‌ای از گاز و غبار در حال انبساط و باد در حال خروج است که یک «تپ‌اختر»، آن را به سرعت در حالت چرخشی قرار داده و به شدت مغناطیسی کرده است.

سحابی خرچنگ بسیار غیر عادی است. ترکیب غیر معمول و انرژی بسیار پایین انفجار آن پیشتر توسط یک «ابرنواختر جذب الکترون» توضیح داده شده است. ابرنواختر جذب الکترون، یک نوع نادر از انفجار است که از یک ستاره با هسته کمتر تکامل‌یافته متشکل از اکسیژن، نئون و منیزیم به جای هسته فلزی معمولی ناشی می‌شود.

بیشتر بخوانید:

دانشمندان نوع جدیدی از "ابرنواختر" کشف کردند!

«تیا تمیم»(Tea Temim)، پژوهشگر «دانشگاه پرینستون»(Princeton University) و پژوهشگر ارشد این پروژه، گفت: اکنون داده‌های جیمز وب، تفسیرهای احتمالی را گسترش می‌دهند. ترکیب گاز دیگر نیازی به انفجار جذب الکترون ندارد، بلکه می‌توان آن را با یک ابرنواختر ضعیف هسته فلزی توضیح داد.

پژوهش‌های گذشته، انرژی جنبشی کل انفجار را براساس کمیت و سرعت پرتاب‌های کنونی محاسبه کرده‌اند. ستاره‌شناسان به این نتیجه رسیدند که ماهیت انفجار دارای انرژی نسبتا کم -کمتر از یک دهم انرژی ابرنواختر معمولی- بوده و جرم ستاره مولد در محدوده هشت تا ۱۰ جرم خورشیدی است.

بین نظریه ابرنواختر جذب الکترون و مشاهدات پیرامون سحابی خرچنگ به‌ویژه حرکت سریع تپ‌اختر، ناسازگاری وجود دارد. ستاره‌شناسان در سال‌های اخیر، درک خود را درباره ابرنواخترهای هسته فلزی نیز بهبود بخشیده‌اند و اکنون فکر می‌کنند که این نوع نیز می‌تواند انفجارهای کم‌انرژی را ایجاد کند؛ مشروط بر این‌که جرم ستاره‌ای به اندازه کافی کم باشد.

برای کاهش سطح عدم قطعیت پیرامون ستاره مولد سحابی خرچنگ و ماهیت انفجار، گروه پژوهشی تمیم از قابلیت‌های طیف‌سنجی جیمز وب برای بررسی دو ناحیه واقع در رشته‌های داخلی سحابی خرچنگ استفاده کردند.

نظریه‌ها پیش‌بینی می‌کنند که به دلیل ترکیب شیمیایی متفاوت هسته در یک ابرنواختر جذب الکترون، نسبت فراوانی نیکل به آهن باید بسیار بیشتر از نسبت اندازه‌گیری‌شده در خورشید ما باشد. پژوهش‌های انجام‌شده در اواخر دهه ۱۹۸۰ و اوایل دهه ۱۹۹۰، نسبت نیکل به آهن را در سحابی خرچنگ با استفاده از داده‌های نوری و نزدیک به فروسرخ اندازه‌گیری کردند و نسبت فراوانی نیکل به آهن را نشان دادند که به نظر می‌رسد به نفع سناریوی ابرنواختر جذب الکترون است.

تلسکوپ جیمز وب با قابلیت‌های حساس فروسرخ خود اکنون در حال پیشرفت کردن در بررسی سحابی خرچنگ است. پژوهشگران از توانایی‌های طیف‌سنجی دستگاه فروسرخ میانی برای بررسی خطوط انتشار نیکل و آهن استفاده کردند که نتیجه آن، تخمین قابل‌اعتمادتری از نسبت فراوانی نیکل به آهن شد. آنها دریافتند که این نسبت در مقایسه با خورشید همچنان بالا، اما در مقایسه با تخمین‌های پیشین بسیار کمتر است.

مقادیر تخمین زده‌شده با جذب الکترون سازگار است، اما انفجار هسته فلزی را در یک ستاره کم‌جرم مشابه رد نمی‌کند. انتظار می‌رود که انفجارهای پرانرژی‌تر ستاره‌های پرجرم‌تر، نسبت‌های نزدیک‌تری را به فراوانی خورشید ایجاد کنند. برای تمایز قائل شدن بین این دو احتمال، به پژوهش‌های رصدی و نظری بیشتری نیاز است.

«مارتین لمینگ»(Martin Laming)، پژوهشگر «آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی آمریکا»(NRL) و از اعضای این گروه پژوهشی، گفت: داده‌های طیفی جیمز وب در حال حاضر دو ناحیه کوچک را از سحابی خرچنگ پوشش می‌دهد. بنابراین، مطالعه مقدار بیشتری از بقایا و شناسایی هرگونه تغییرات فضایی مهم است. جالب است که ببینیم آیا می‌توانیم خطوط انتشار عناصر دیگری را مانند کبالت یا ژرمانیوم شناسایی کنیم.

این تلسکوپ علاوه بر استخراج داده‌های طیفی از دو ناحیه کوچک درونی سحابی خرچنگ برای اندازه‌گیری نسبت فراوانی، محیط وسیع‌تری را نیز برای درک جزئیات انتشار سنکروترون و توزیع غبار مشاهده کرد.

تصاویر و داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط دستگاه فروسرخ میانی به پژوهشگران امکان داد تا انتشار غبار را درون سحابی خرچنگ ببینند و برای اولین بار آن را با وضوح بالا ترسیم کنند. آنها با ترسیم انتشار گرد و غبار گرم به کمک جیمز وب و حتی ترکیب کردن آن با داده‌های «رصدخانه فضایی هرشل»(Herschel Space Observatory) درباره دانه‌های خنک‌تر گرد و غبار، تیم تصویر کاملی را از توزیع گرد و غبار ایجاد کردند. بیرونی‌ترین رشته‌ها حاوی گرد و غبار نسبتا گرم‌تری هستند؛ در حالی که دانه‌های سردتر بیشتر در نزدیک مرکز حضور دارند.

«ناتان اسمیت»(Nathan Smith)، پژوهشگر «رصدخانه استوارد»(Steward Observatory) در «دانشگاه آریزونا»(UArizona) و از پژوهشگران این پروژه گفت: جایی که گرد و غبار در خرچنگ دیده می‌شود، جالب است؛ زیرا با سایر بقایای ابرنواختر مانند «ذات الکرسی آ»(Cassiopeia A) و «اس‌ان ۱۹۸۷ای»(SN ۱۹۸۷A) تفاوت دارد. در آن اجرام، غبار در مرکز قرار دارد، اما در سحابی خرچنگ، گرد و غبار در رشته‌های متراکم پوسته بیرونی یافت می‌شود. سحابی خرچنگ به یک سنت در حوزه ستاره‌شناسی عمل می‌کند. سنت این است که نزدیک‌ترین، درخشان‌ترین و بهترین اجرام مورد بررسی، عجیب‌ترین‌ها هستند.

این پژوهش در «The Astrophysical Journal Letters» به چاپ رسید.

ویدئوی زیر، اجزای اصلی تشکیل‌دهنده سحابی خرچنگ را که توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب مشاهده شده است، نشان می‌دهد.