Chandra afslører den elementære natur af Cassiopeia A

Hvor kommer de fleste af de elementer, der er nødvendige for livet på Jorden, fra? Svaret:inde i stjernernes ovne og de eksplosioner, der markerer afslutningen på nogle stjerners liv.

Astronomer har længe studeret eksploderede stjerner og deres rester - kendt som "supernova-rester" - for bedre at forstå præcis, hvordan stjerner producerer og derefter spreder mange af de grundstoffer, der er observeret på Jorden, og i kosmos som helhed.

På grund af sin unikke evolutionære status, Cassiopeia A (Cas A) er en af ​​de mest intenst undersøgte af disse supernova-rester. Et nyt billede fra NASAs Chandra X-ray Observatory viser placeringen af ​​forskellige elementer i resterne af eksplosionen:silicium (rød), svovl (gul), calcium (grøn) og jern (lilla). Hvert af disse elementer producerer røntgenstråler inden for snævre energiområder, gør det muligt at oprette kort over deres placering. Sprængbølgen fra eksplosionen ses som den blå ydre ring.

Røntgenteleskoper som Chandra er vigtige for at studere supernova-rester og de elementer, de producerer, fordi disse begivenheder genererer ekstremt høje temperaturer - millioner af grader - selv tusinder af år efter eksplosionen. Det betyder, at mange supernova-rester, inklusive Cas A, lyser stærkest ved røntgenbølgelængder, der ikke kan detekteres med andre typer teleskoper.

Chandras skarpe røntgensyn giver astronomer mulighed for at indsamle detaljerede oplysninger om de elementer, som objekter som Cas A producerer. For eksempel, de er ikke kun i stand til at identificere mange af de elementer, der er til stede, men hvor meget af hver bliver udstødt i det interstellare rum.

Chandra-dataene indikerer, at supernovaen, der producerede Cas A, har udvundet enorme mængder af vigtige kosmiske ingredienser. Cas A har spredt sig omkring 10, 000 jordmasser alene af svovl, og omkring 20, 000 jordmasser af silicium. Jernet i Cas A har en masse på omkring 70, 000 gange Jordens, og astronomer opdager ilt til en værdi af en million jordmasser, der bliver kastet ud i rummet fra Cas A, svarende til omkring tre gange Solens masse. (Selvom oxygen er det mest udbredte grundstof i Cas A, dens røntgenstråling er spredt over en bred vifte af energier og kan ikke isoleres på dette billede, i modsætning til de andre elementer, der er vist.)

Astronomer har fundet andre elementer i Cas A ud over dem, der er vist på dette nye Chandra-billede. Kulstof, nitrogen, fosfor og brint er også blevet påvist ved hjælp af forskellige teleskoper, der observerer forskellige dele af det elektromagnetiske spektrum. Kombineret med detektion af ilt, dette betyder alle de elementer, der er nødvendige for at lave DNA, molekylet, der bærer genetisk information, findes i Cas A.

Ilt er det mest udbredte element i den menneskelige krop (ca. 65 vægtprocent), calcium hjælper med at danne og vedligeholde sunde knogler og tænder, og jern er en vital del af røde blodlegemer, der transporterer ilt gennem kroppen. Al ilten i solsystemet kommer fra eksploderende massive stjerner. Omkring halvdelen af ​​calcium og omkring 40% af jernet kommer også fra disse eksplosioner, hvor resten af ​​disse elementer forsynes af eksplosioner med mindre masse, hvide dværgstjerner.

Selvom den nøjagtige dato ikke er bekræftet, mange eksperter tror, ​​at den stjerneeksplosion, der skabte Cas A, fandt sted omkring år 1680 i Jordens tidsramme. Astronomer anslår, at den dødsdømte stjerne var omkring fem gange Solens masse lige før den eksploderede. Stjernen anslås at have startet sit liv med en masse, der er omkring 16 gange Solens, og mistede omkring to tredjedele af denne masse i en kraftig vind, der blæste fra stjernen flere hundrede tusinde år før eksplosionen.

Tidligere i sin levetid, stjernen begyndte at fusionere brint og helium i sin kerne til tungere grundstoffer gennem processen kendt som "nukleosyntese." Den energi, der dannes ved sammensmeltningen af ​​tungere og tungere grundstoffer, afbalancerede stjernen mod tyngdekraften. Disse reaktioner fortsatte, indtil de dannede jern i stjernens kerne. På dette tidspunkt, yderligere nukleosyntese ville forbruge snarere end producere energi, så tyngdekraften fik stjernen til at implodere og danne en tæt stjernekerne kendt som en neutronstjerne.

Den nøjagtige måde, hvorpå en massiv eksplosion frembringes efter implosionen, er kompliceret, og et emne for intens undersøgelse, men til sidst blev det indfaldende materiale uden for neutronstjernen omdannet ved yderligere nukleare reaktioner, da det blev drevet ud af supernovaeksplosionen.

Chandra har gentagne gange observeret Cas A siden teleskopet blev opsendt i rummet i 1999. De forskellige datasæt har afsløret ny information om neutronstjernen i Cas A, detaljerne om eksplosionen, og detaljer om, hvordan affaldet slynges ud i rummet.