Великі обсерваторії NASA допомогли астрономам побудувати 3D-візуалізацію залишків зорі, що спалахнула на небі Землі в 1054 році.
Тривимірна візуалізація Крабоподібної туманності — залишку зорі, що спалахнула як наднова. Фільм створено на основі зображень із трьох великих обсерваторій NASA: рентгенівської обсерваторії «Чандра» (Chandra) та космічних телескопів «Габбл» (Hubble) і «Спіцер» (Spitzer). Відео з сайту www.nasa.gov.
Астрономи та фахівці з візуалізації (програма NASA — Universe of Learning program) поєднали видимі, інфрачервоні та рентгенівські зображення, отримані за допомогою Великих обсерваторій NASA, щоб створити тривимірне динамічне зображення Крабоподібної туманності — залишків зорі, що вибухнула як наднова.
Приблизно чотирихвилинне відео розкриває складну структуру залишку зорі, даючи можливість глядачам краще зрозуміти екстремальні та складні фізичні процеси, що відбуваються в обсязі туманності. «Двигун», що живить енергію всю систему, — це пульсар, тобто нейтронна зоря, яка швидко обертається навколо осі. Вона є надщільним залишком ядра зорі, що спалахнула як наднова. Крихітна динамо-машина з неймовірною точністю годинникового механізму породжує імпульси випромінювання 30 разів на секунду.
Візуалізацію створила команда науковців з Інституту космічного телескопа (Space Telescope Science Institute, STScI) у Балтиморі, Центру обробки та аналізу інфрачервоних даних (Infrared Processing and Analysis Center, IPAC) в Пасадені та Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) в Кембриджі. Фільм уперше показали на засіданні Американського астрономічного товариства в Гонолулу (Гаваї). Він доступний для планетаріїв та інших центрів неформального навчання у всьому світі.
«Двовимірні зображення предмета, особливо складної структури, як Крабоподібна туманність, не дають точного уявлення про його тривимірну природу», — пояснив фахівець з наукової візуалізації STScI Френк Саммерс (Frank Summers), який керував командою, що створила фільм. «Завдяки цій науковій інтерпретації ми хочемо допомогти людям зрозуміти складну та взаємопов’язану геометрію Крабоподібної туманності. Поєднання спостережень у ріжних довжинах хвиль електромагнітного спектра висвітлює всі ці структури. Без поєднання рентгенівського, інфрачервоного та видимого світла ви не отримаєте повної картини».
На початку фільму показано розташування Крабоподібної туманності в сузір’ї Тельця. Далі на збільшеному масштабі показані зображення цієї туманності, отримані з допомогою «Габбла», «Спіцера» та «Чандри». Кожне з них виділяє одну із вкладених структур у системі. Потім на відео повільно збільшується тривимірна рентгенівська структура: показано пульсар і диск з високоенергетичної речовини та струмені частинок, що вистрілюють з протилежних полюсів енергетичного динамо.
Після цього з’являється інфрачервоне зображення хмари, що огортає пульсар і світиться завдяки синхротронному випромінюванню. Воно виникає тоді, коли заряджені частинки рухаються по спіралях навколо силових ліній магнітного поля. Також є інфрачервоне випромінювання від пилу та газу.
Далі показано у видимому світлі зовнішню оболонку Крабоподібної туманності. Схожа на клітку навколо всієї системи, ця оболонка з газу, що світиться, складається зі схожих на щупальця ниток іонізованого кисню (атом кисню без одного або кількох електронів). Цунамі частинок, розігнаних пульсаром, налітає на цю хмару, що розширюється, як тварина, що брязкає своїм панциром.
Наприкінці фільму рентгенівське, інфрачервоне та видиме зображення об’єднано, щоб показати як тривимірну картину туманності, так і відповідне двовимірне зображення у різних довжинах хвиль електромагнітного спектра. Окремі структури та процеси, якими управляє пульсар в центрі туманності, найкраще видно на певних довжинах хвиль.
Ця нова світлина Крабоподібної туманності утворена шляхом поєднання знімків у рентгенівських променях (помічені синім кольором) від рентгенівської обсерваторії «Чандра», видимому світлі (жовтий колір) від Космічного телескопа імені Габбла та інфрачервоних променях (червоний колір), отриманого космічним телескопом «Спітцер». Саме така комбінація електромагнітного випромінювання підкреслює структуру туманності. Рентгенівське випромінювання показує «серце Краба» — нейтронну зорю, що виникла внаслідок спалаху наднової, який спостерігали майже тисячу років тому. Ця нейтронна зоря — надщільне ядро-залишок зорі, що вибухнула. Тепер воно є пульсаром — нейтронною зорею, яка обертається з періодом 30 разів на секунду. Пульсар оточений диском з речовини, що генерує рентгенівські промені й вивергає, перпендикулярно до своєї площини, струмені високоенергетичних частинок. Інфрачервоне світло на зображенні — це синхротронне випромінювання, утворене зарядженими частинками, що рухаються по спіралях вздовж силових ліній магнітного поля пульсара. Видиме світло — це випромінювання кисню, спричинене синхротронним випромінюванням вищої енергії (ультрафіолетовим та рентгенівським). Тонкі вусики, які видно у видимому світлі, утворюють те, що астрономи називають «кліткою» навколо «гобелена» з синхротронного випромінювання, що, натомість, огортає рентгенівський диск і джети. Ці взаємопов’язані структури, які видно на різних довжинах хвиль електромагнітного спектра, вказують на те, що пульсар є основним джерелом енергії для випромінювань, яке реєструють три ріжні телескопи. Крабоподібна туманність лежить на відстані 6500 світлових років від Землі в напрямку сузір’я Тельця. Візуалізація багатохвильової комп’ютерної графіки базується на зображеннях, отриманих за допомогою рентгенівської обсерваторії «Чандра» та космічних телескопів «Габбл» і «Спітцер». Фото з сайту www.nasa.gov.
Тривимірні структури є науково обґрунтованими наближеннями для того, щоб показати будову туманності. «Тривимірні зображення кожної окремої структури дають вам уявлення про її справжні розміри», — сказав Саммерс. «Щоб глядачі могли побачити повну ментальну модель, ми хотіли показати кожну структуру окремо: від диска та струменів, що швидко змінюють свій вигляд, до синхротронного випромінювання, як хмари навколо них, і далі структури, утвореної видимим світлом, у вигляді клітки, що оточує всю систему».
Структури, що утворюють Крабоподібну туманність, вказують на те, що вона не є класичним залишком наднової, як досі вважали. Натомість систему краще класифікувати як туманність пульсарного вітру (pulsar wind nebula). Звичайний залишок наднової складають вибухова хвиля та речовина зорі, що спалахнула, нагріта до мільйонів градусів у процесі спалаху наднової. У туманності пульсарного вітру внутрішня частина системи складається з газу нижчої температури, нагрітим до тисячі градусів синхротронним випромінюванням високої енергії.
«Завдяки багатохвильовій структурі ви справді можете більш чітко зрозуміти, що це туманність пульсарного вітру», — сказав Саммерс. «Це важлива мета навчання. Ви можете зрозуміти енергію пульсара в центрі, яка рухається до синхротронної хмари, а потім далі до ниток клітки».
Саммерс та команда з візуалізації STScI працювали з Робертом Гартом (Robert Hurt), провідним вченим із візуалізації в IPAC, над зображеннями від «Спітцер», та з Ненсі Волк (Nancy Wolk), спеціалістом з обробки рентгенівських зображень в CfA, над зображеннями від «Чандра». Їхнім першим кроком став перегляд результатів минулих досліджень Крабоподібної туманності —об’єкта, який інтенсивно вивчали раніше, що утворився із наднової, яку 1054 р. спостерігали китайські астрономи.
Почавши з двовимірних зображень від «Габбла», «Спіцера» та «Чандри», команда працювала з експертами, щоб проаналізувати складні вкладені структури, які містить туманність, та визначити найкращу довжину хвилі для відображення кожного компонента. Тривимірна інтерпретація заснована на спостережних астрономічних даних, знаннях та інтуїції, а також має художні особливості, що заповнюють структури.
Візуалізація — це одне із нових поколінь продуктів та практик, розроблених в NASA у рамках виконання Universe of Learning program. Ці зусилля спрямовані на те, щоб встановити прямий зв’язок науки та науковців астрофізичних місій NASA з аудиторією й забезпечити молоді, сім’ям і тим, хто навчається впродовж життя, можливість дізнаватися про фундаментальні питання в науці, з’ясовувати, як «роблять» науку, та відкривати для себе Всесвіт.
Це відео демонструє силу багатохвильової астрономії. Це допомагає глядачам зрозуміти, як і чому астрономи використовують декілька ділянок електромагнітного спектру, щоб дослідити та дізнатися про наш Всесвіт.
Докладніше про NASA’s Universe of Learning program.
За інф. з сайту www.nasa.gov
