James Webb’in Gözünden Yengeç Bulutsusu

NASA

NASA'nın JWUT üzerinde bulunan NIRCam ve MIRI dedektörleri ile elde edilen bu görüntü, Yengeç Bulutsusu'nun farklı yapısal ayrıntıları hakkında bilgiler sunuyor. Süpernova kalıntısının görüntüsü, toz ve kükürt başta olmak üzere farklı kimyasal bileşenlerin yansımalarını gösteriyor (NASA).

6.500 ışık yılı uzaklıkta, Boğa Takımyıldızı’nda bulunan bir süpernova kalıntısı olan Yengeç Bulutsusu (Crab Nebula), kimyasal bileşimi başta olmak üzere çok sayıda çözülemeyen problemi nedeniyle uzun yıllardır bilim insanlarının araştırma odağında yer alıyor. NASA, JWUT üzerindeki yakın (NIRCam) ve orta (MIRI) kızılöte kameralar ile bu bulutsunun kimyasal içeriği ve geçmişine ilişkin bilgiler sağlayabilecek veriler topladı.

Yengeç Bulutsusu, büyük kütleli bir yıldızın enerji üretiminin sonlanmasıyla çekirdek çöküşü sonucu ortaya çıkan bir süpernovanın kalıntısıdır. Bulutsunun kaynağı olan süpernova patlaması 1054 yılında görüldü; gökyüzünde gündüzleri bile görülebilecek kadar güçlü bir parlama gerçekleşmişti. Hızlı bir şekilde sönükleşen ancak hâlâ teleskoplarla hayranlık uyandıran görüntüler veren bu kalıntı, hızlı dönen ve güçlü manyetik alana sahip bir pulsar (Pulsarlar ya da atarcalar kendi etraflarında çok hızlı bir biçimde dönen nötron yıldızlarıdır.) tarafından desteklenen, genişleyen bir gaz ve toz yapı içeriyor. Süpernova patladığından beri atılan yıldız kabuğu saniyede yaklaşık 1.500 km hızla genişliyor ve bu kalıntı günümüze kadar yaklaşık 11 ışık yılı (bir ışık yılı yaklaşık 9,5 trilyon km) genişliğine ulaştı.  Yengeç Bulutsusu, bize olan kozmik yakınlığı sayesinde iyi çalışılmış gök cisimlerinden biri ancak onlarca yıllık gözlem verisi ve çok sayıda yapılmış araştırmaya rağmen patlama ve ata yıldız ile ilgili cevaplanması gereken hâlâ çok soru bulunuyor.

Sık rastlanan süpernova kalıntılarının aksine Yengeç Bulutsusu, farklı bir kimyasal bileşime ve düşük patlama enerjisine sahip elektron yakalama süpernovasının artığı olarak açıklanmaya çalışılıyordu. Bu tür süpernovalar, tipik demir çekirdeğe sahip yıldızlardan farklı olarak çekirdeklerinde oksijen, magnezyum ve neon elementlerinin olduğu, daha az gelişmiş çekirdekli yıldızların gösterdiği patlamalar sonucu oluşuyor. Buna karşın, JWUT verilerinden elde edilen bilgiler, Yengeç Bulutsusu’nun kimyasal bileşiminin, elektron yakalama süpernovası olarak değil de zayıf bir demir çekirdeğe sahip bir yıldızdan kaynaklanan süpernova kalıntısı olarak da açıklanabileceğini ortaya koyuyor.

Bugüne kadar Yengeç Bulutsusu üzerine yapılan araştırmalarda, bu yapıyı oluşturan patlamanın toplam kinetik enerjisi, günümüzde gözlenen püskürmelerin miktarı ve hızları kullanılarak hesaplandı. Araştırmacılar, patlamanın düşük enerjili olduğunu (normal bir süpernovanın onda birinden daha az) ve süpernova kaynağı yıldızın kütlesinin Güneş kütlesinin 8-10 katı olabileceğini (süpernovalar için sınır kütle civarı) gösterdi. Yengeç Bulutsusu için yapılan açıklamalar elektron yakalama süpernovası olarak öne çıksa da özellikle pulsarın gözlenen büyük dönme hızı ile bu süpernova teorisi arasında tutarsızlıklar belirlendi. Son yıllardaki araştırmalar, demir çekirdek çökmeli süpernovalar ile ilgili araştırmaları derinleştirdi ve artık bu türün, yıldız kütlesi düşük olduğunda düşük enerjili patlamalar üretebileceğini gösterdi.

Haziran ayında The Astrophysical Letters dergisinde yayınlanan makalede Tea Temim liderliğindeki ekip, Yengeç Bulutsusu’nun kaynağı olan patlama ve ata yıldız konusundaki belirsizlikleri azaltmak için JWUT’nin kızılöte bölgede aldığı tayfsal verileri kullanarak bazı element bolluklarını ölçtü. Teoriler, elektron yakalama süpernovasındaki çekirdeğin farklı kimyasal bileşimi nedeniyle nikel/demir (Ni/Fe) bolluk oranının Güneş’ten çok daha yüksek olması gerektiğini öngörüyor. 1990’lı yılların başındaki araştırmalarda optik ve kızılötesi veriler kullanılarak ölçülen Yengeç Bulutsusu’ndaki Ni/Fe oranları, elektron yakalama süpernovası teorisini destekleyecek şekilde yüksekti.

JWUT’nin daha gelişmiş kızılöte ölçüm yetenekleri sayesinde Yengeç Bulutsusu’ndaki nikel ve demir salma çizgilerinin çok daha hassas ölçümleri yapıldı. Ölçümler sayesinde Ni/Fe oranının Güneş’e göre daha yüksek olduğu ancak önceki ölçümlerden çok daha düşük kaldığı ortaya çıkarıldı. Sonuçlar her ne kadar elektron yakalama süpernova teorisiyle tutarlı görünse de bu bulutsunun daha küçük kütleli bir yıldızdan kaynaklanan demir çekirdek çökmeli süpernovadan da kaynaklanabileceği olasılığı gündeme geldi. Bilim insanları daha açık kanıtlar için bulutsunun farklı bölgelerinden farklı element (örneğin kobalt, germanyum) bolluklarının incelenmesi gerektiğini düşünüyor.

Yengeç Bulutsusun’da bazı elementlerin bolluklarının ölçülmesi yanında, JWUT’deki MIRI dedektörü ile elde edilen veriler ile bulutsunun toz dağılımının detaylı haritası oluşturuldu. Yengeç Bulutsusu, iyi bilinen Cassiopeia A ve Süpernova 1987A süpernovalarından farklı toz dağılım özelliklerine sahiptir. Bu iki süpernovada toz tam merkezdedir. Yengeç’te ise toz kendini dış kabuk civarında ince hatlar üzerinde yoğunlaşmalar şeklinde göstermektedir. Gökyüzünün en parlak süpernova artıklarından biri olan Yengeç'in her yeni gözlem ve araştırma sonunda bazı bilinmeyen noktalarının aydınlatılması için yol alınsa da doğası hâlâ çok sayıda açıklanmayı bekleyen soruyla dolu.

Kaynaklar:

• https://science.nasa.gov/missions/webb/investigating-the-origins-of-the-crab-nebula-with-nasas-webb/    
• https://webbtelescope.org/contents/media/images/2024/120/01J049D616EKYXVMNFKZZBWPCQ?news=true
• Tea Temim, J. Martin Lamin, P.J. Kavanagh et al., “Dissecting the Crab Nebula with JWST: Pulsar Wind, Dusty Filaments, and Ni/Fe Abundance Constraints on the Explosion Mechanism”, The Astrophysical Journal Letters, Vol. 968, Number2, 2024