Pe 4 iulie 1054, lumina de la unul dintre cele mai violente și explozive evenimente din univers ajungea pe Pământ: o supernovă (sau o stea care explodează).
Deși sursa acestei lumini era situată la uriașa distanță de 6,500 de ani-lumină, supernova era atât de strălucitoare, încât putea fi văzută și în timpul zilei. Sute de ani mai târziu, astronomii care studiau cerul din Constelația Taurului au observat ceea ce părea un nor de ceață în apropierea unui dintre „coarnele” taurului. La mijlocul secolului al XIX-lea, astronomul William Parsons a realizat o schiță a acestei părți încețoșate a cerului, notând că se asemăna cu un crab. Iar acest nume a fost păstrat până în zilele noastre: Nebuloasa Crabului („nebula” înseamnă „ceață” în limba latină).
Acum știm că Nebuloasa Crabului este un nor uriaș de rămășițe ale unei supernove străvechi, care au fost spulberate de la locul exploziei cu viteza de cinci milioane de kilometri pe oră. În decursul mileniului trecut, rămășițele s-au extins pentru a ajunge la un diametru de peste 10 ani-lumină și sunt încă suficient de strălucitoare pentru a putea fi observate cu un binoclu.
Recent, astronomii au utilizat Telescopul Spațial James Webb (JWST) pentru a studia mai bine structura nebuloasei și a încerca să deslușească misterul din spatele formării ei.
Imaginea realizată de JWST este puțin asemănătoare cu cea realizată de Telescopul Spațial Hubble în anul 2005. Ambele fotografii dezvăluie un nor cu aspectul unui teren de fotbal, format din materie vaporizată și presărat cu filamente multicolore mai strălucitoare. În centrul norului este o zonă mai luminoasă: un pulsar, adică nucleul masivei stele care a explodat cu mult timp în urmă.
Telescopul Hubble efectuează observațiile predominant în lumină vizibilă – lumina care este percepută și de ochii noștri. În schimb, JWST este sensibil la lumina infraroșie, deci observațiile sale surprind structuri diferite ale nebuloasei.
În locul undelor de șoc și al gazelor fierbinți, imaginile realizate de Telescopul James Webb arată trăsături ce se ridică din praful nebuloasei și din radiația sa sincrotronă. Praful este alcătuit din granule mici de silicați (material stâncos) sau din molecule complexe de carbon (similare cu funinginea) și apare predominant în filamentele de la periferia nebuloasei. Radiația sincrotronă este o strălucire stranie emisă de electronii ce se rotesc cu aproape viteza luminii în jurul liniilor puternicului câmp magnetic al pulsarului. De obicei, radiația sincrotronă se observă mai bine în domeniul radio și infraroșu al spectrului electromagnetic, motiv pentru care domină norul neted din centrul imaginii realizate de JWST.
Unul dintre filtrele utilizate pentru observații era sensibil la lumina emisă de fierul fierbinte gazeificat, urmărind astfel distribuția metalului ionizat de-a lungul filamentelor. Astronomii speră ca aceste măsurători să răspundă la întrebări fundamentale despre steaua ce a creat acestă nebuloasă uriașă.
Stelele precum soarele nostru fuzionează hidrogenul în heliu la nivelul nucleului lor. Această reacție termonucleară creează cantități enorme de lumină și căldură, ceea ce permite stelei să strălucească. Atunci când soarele rămâne fără combustibil (hidrogen), el începe să moară și se transformă într-o gigantă roșie înainte de a se epuiza complet. Însă vor mai trece multe miliarde de ani până că acest lucru să se întâmple cu soarele nostru.
Stelele mai masive decât Soarele pot fuziona elemente mai grele. Heliul poate fi transformat în carbon, carbonul poate fi transformat în magneziu, neon și oxigen, ajungându-se în final la elemente precum sulful și siliciul. Dacă o stea are masa de peste opt ori mai mare decât cea a soarelui nostru, ea poate transforma siliciul în fier – ceea ce duce la dezastru. Pentru formarea atomilor de fier se consumă mai multă energie decât energia emisă – iar steaua are disperată nevoie de energia produsă de reacțiile de fuziune pentru a contracara colapsul sub propria sa gravitație. Astfel, steaua pierde acest suport odată cu începerea fuzionării fierului, ceea ce duce la un colaps catastrofal. Are loc o serie de procese complexe, dar într-o fracțiune de secundă este emis un val imens de energie care face ca steaua să explodeze.
Dacă nucleul stelei are mai puțin de 2,8 mase solare, el se prăbușește sub forma unei stele neutronice, o stea care se rotește foarte rapid. Câmpurile sale magnetice spiralate spulberă materie înspre exterior sub forma a două fascicule (asemănătoare unui far), creând un pulsar. Însă dacă nucleul este mai mare, gravitația sa devine atât de puternică, încât steaua intră într-un colaps total, devenind o gaură neagră.
Nebuloasa Crabului are un pulsar în centru, ceea ce sugerează că nucleul stelei originale avea mai puțin de 2,8 mase solare. Însă steaua în sine putea avea o masă de opt până la 20 de mase solare. Masa pulsarului din centru este de mai puțin de două mase solare, iar masa estimată a întregii nebuloase este de cinci ori masa soarelui nostru. Adunând aceste două valori, rezultă cel mult șapte mase solare. Steaua trebuie să fi fost mult mai masivă de atât atunci când a explodat, dar unde a dispărut restul materiei? Este posibil să existe materie ascunsă în jurul pulsarului, nedetectată până acum de telescoape. Structura nebuloasei ar putea oferi indicii despre acest material.
Se cunosc puține detalii despre steaua în sine și despre mărimea ei. Colapsul nucleului din fier este doar o modalitatea prin care o stea masivă poate exploda. Pentru stelele de 8-12 mase solare mai există o altă cale de anihilare. Nucleul lor este incredibil de fierbinte, iar în interiorul său există nenumărați electroni liberi. În mod normal, o proprietate a mecanicii cuantice denumită ”presiune de degenerare” face ca electronii să reziste compresiei, oferind astfel suport nucleului. Însă în timpul unei etape specifice a fuziunii stelare, este posibil ca acești electroni să fie absorbiți în nucleele atomilor, eliberând această presiune. Acest lucru poate declanșa colapsul nucleului înainte ca steaua să înceapă producerea fierului.
Oamenii de știință au propus pentru prima dată acest mecanism de declanșare a supernovelor cu ajutorul capturării electronilor încă din 1980, însă el nu a fost observat până în anul 2018, în urma exploziei unei stele dintr-o altă galaxie. Atunci când astrofizicieni au analizat Nebuloasa Crabului din această perspectivă, ei au observat indicii ale unei explozii similare. Însă indiciile nu sunt suficiente și este nevoie de măsurători mai precise efectuate cu JWST.
Sursa: Scientific American