Zespół astronomów wykorzystał należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do zbadania galaktyki wybuchowej Messier 82 (M82). Położona 12 milionów lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy, galaktyka ta jest stosunkowo niewielka, ale charakteryzuje się wzmożoną aktywnością gwiazdotwórczą. Dla porównania, M82 wypuszcza nowe gwiazdy 10 razy szybciej niż Droga Mleczna.
Zespół kierowany przez Alberto Bolatto z Uniwersytetu Maryland w College Park skierował należący do Webba instrument NIRCam (kamera bliskiej podczerwieni) w stronę centrum galaktyki wybuchowej, uzyskując bliższe spojrzenie na warunki fizyczne sprzyjające powstawaniu nowych gwiazd.
„M82 zgromadziła przez lata różnorodne obserwacje, ponieważ można ją uznać za prototypową galaktykę wybuchu gwiazdowego” – powiedział Bolatto, główny autor badania. „Obydwa należące do NASA teleskopy Spitzera i Hubble'a zaobserwowały ten cel. Dzięki rozmiarom i rozdzielczości Webba możemy patrzeć na tę galaktykę gwiazdotwórczą i zobaczyć wszystkie te piękne, nowe szczegóły”.
Żywa społeczność gwiazd
Powstawanie gwiazd nadal sprawia wrażenie tajemniczego, ponieważ jest spowijane zasłonami pyłu i gazu, co utrudnia obserwację tego procesu. Na szczęście zdolność Webba do patrzenia w podczerwień jest zaletą w poruszaniu się w tych mrocznych warunkach. Dodatkowo obrazy NIRCam samego środka wybuchu gwiazdowego uzyskano przy użyciu trybu instrumentalnego, który zapobiegał przytłaczaniu detektora przez bardzo jasne źródło.
Choć ciemnobrązowe wąsy ciężkiego pyłu przeplatają się przez świecący biały rdzeń M82, nawet na tym zdjęciu w podczerwieni, kamera NIRCam Webba ujawniła poziom szczegółów, który w przeszłości był zasłonięty. Patrząc bliżej środka, małe plamki zaznaczone na zielono oznaczają skoncentrowane obszary żelaza, z których większość to pozostałości po supernowych. Małe plamki, które wydają się czerwone, oznaczają obszary, w których wodór cząsteczkowy jest oświetlany przez promieniowanie pobliskiej młodej gwiazdy.
„To zdjęcie pokazuje siłę Webba” – powiedziała Rebecca Levy, druga autorka badania na Uniwersytecie Arizony w Tucson. „Każda biała kropka na tym zdjęciu to albo gwiazda, albo gromada gwiazd. Możemy zacząć rozróżniać wszystkie te maleńkie źródła punktowe, co umożliwi nam dokładne zliczenie wszystkich gromad gwiazd w tej galaktyce”.
Znajdowanie struktury w tętniących życiem warunkach
Patrząc na M82 w nieco dłuższych falach podczerwieni, można dostrzec zbite wąsy pokazane na czerwono, rozciągające się powyżej i poniżej płaszczyzny galaktyki. Te gazowe strumienie to galaktyczny wiatr wydobywający się z jądra wybuchu gwiazdowego.
Jednym z obszarów zainteresowania tego zespołu badawczego było zrozumienie, w jaki sposób wiatr galaktyczny, powodowany szybkim tempem powstawania gwiazd i następującymi po nich supernowymi, jest uruchamiany i wpływa na otaczające środowisko. Rozdzielając centralny odcinek M82, naukowcy mogliby zbadać, skąd pochodzi wiatr i uzyskać wgląd w interakcje gorących i zimnych składników wiatru.
Instrument NIRCam Webba doskonale nadawał się do śledzenia struktury wiatru galaktycznego poprzez emisję cząsteczek chemicznych sadzy, znanych jako wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). WWA można uznać za bardzo małe ziarna pyłu, które przeżywają w niższych temperaturach, ale ulegają zniszczeniu w wysokich temperaturach.
Ku zaskoczeniu zespołu, spojrzenie Webba na emisję WWA uwydatnia delikatną strukturę wiatru galaktycznego – aspekt wcześniej nieznany. Emisja, przedstawiona jako czerwone włókna, rozciąga się od centralnego obszaru, w którym znajduje się serce powstawania gwiazd. Kolejnym nieoczekiwanym odkryciem była podobna struktura emisji WWA i gorącego, zjonizowanego gazu.
„Nieoczekiwane było zaobserwowanie, że emisja WWA przypomina gaz zjonizowany” – powiedział Bolatto. „WWA nie powinny żyć zbyt długo pod wpływem tak silnego pola promieniowania, więc być może są one cały czas uzupełniane. Podważa to nasze teorie i pokazuje, że potrzebne są dalsze badania”.
Oświetlenie ścieżki naprzód
Obserwacje M82 dokonane przez Webba w świetle bliskiej podczerwieni rodzą dalsze pytania dotyczące powstawania gwiazd. Zespół ma nadzieję odpowiedzieć na niektóre z nich dodatkowymi danymi zebranymi za pomocą Webba, w tym danymi dotyczącymi innej galaktyki, w której wybuchają gwiazdy. Dwie inne prace tego zespołu, charakteryzujące gromady gwiazd i korelacje pomiędzy składnikami wiatru w M82, są prawie ukończone.
W niedalekiej przyszłości zespół będzie miał gotowe do analizy obserwacje spektroskopowe M82 wykonane przez Webba, a także uzupełniające wielkoskalowe obrazy galaktyki i wiatru. Dane spektralne pomogą astronomom określić dokładny wiek gromad gwiazd i zapewnią poczucie czasu, jak długo trwa każda faza powstawania gwiazd w środowisku galaktyk wybuchów gwiazdowych. Na szerszą skalę badanie aktywności w galaktykach takich jak M82 może pogłębić wiedzę astronomów na temat wczesnego Wszechświata.
„Obserwacje Webba dotyczące M82, bliższego nas celu, przypominają, że teleskop doskonale radzi sobie z badaniem galaktyk na wszystkich dystansach” – powiedział Bolatto. „Oprócz obserwacji młodych galaktyk o dużym przesunięciu ku czerwieni możemy przyjrzeć się celom bliżej nas, aby uzyskać wgląd w procesy zachodzące tutaj – zdarzenia, które miały również miejsce we wczesnym Wszechświecie”.
Odkrycia te zostały zaakceptowane do publikacji w The Astrophysical Journal. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest najważniejszym na świecie obserwatorium nauk kosmicznych. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spoglądając dalej, na odległe światy wokół innych gwiazd i badając tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. Webb to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami, ESA (Europejską Agencją Kosmiczną) i Kanadyjską Agencją Kosmiczną.