A NASA James Webb-űrteleszkópja a Messier 82 (M82) csillagontó galaxist vette célba, egy kicsi, de rendkívüli környezetet, amelyben gyors csillagkeletkezés zajlik. A Webb érzékeny infravörös képességeit kihasználva egy tudóscsoport a galaxis magját vizsgálta meg közelebbről, hogy jobban megértsék a csillagkeletkezést és hogy a szélsőséges aktivitás hogyan befolyásolja a galaxis egészét.

A Nagy Medve (Ursa Major) csillagképben, tőlünk mintegy 12 millió fényévnyire található galaxis viszonylag kompakt méretű, de őrületes mértékben keletkeznek benne csillagok. Összehasonlításképpen, az M82-ben tízszer gyorsabban keletkeznek új csillagok, mint a Tejútrendszerben.

Az Alberto Bolatto (University of Maryland, College Park) vezette kutatócsoport a Webb NIRCam (Near-Infrared Camera, közeli infravörös kamera) műszerét irányította a csillagontó galaxis központja felé, hogy közelebbről megvizsgálja azokat a fizikai feltételeket, amelyek elősegítik az új csillagok kialakulását.

„Az M82-ről számos megfigyelést gyűlt össze az évek során, mivel a csillagontó galaxisok prototípusának tekinthető.” – mondta Bolatto, az eredményeket közlő tanulmány vezető szerzője. „A NASA Spitzer és Hubble űrteleszkópjai is egyaránt megfigyelték ezt a galaxist, most pedig a Webb méretével és felbontásával is ránézhetünk erre a csillagontó galaxisra, és számos gyönyörű, új részletet láthatunk .”

A Hubble-űrteleszkóp 2006-ban figyelte meg az M82 csillagontó galaxist (bal oldali kép), amely a galaxis szélén lévő spirálkorongot, feldarabolt felhőket és forró hidrogéngázt mutatott. A James Webb-űrteleszkóp az M82 magját figyelte meg (jobb oldali kép), és példátlan részletességgel örökítette meg a galaktikus szél szerkezetét, és jellemezte az egyes csillagokat és csillaghalmazokat.

A csillagkeletkezés továbbra is fenntartja a titokzatosságát, mert por- és gázfüggönyök takarják el, ami megakadályozza a folyamat megfigyelését. Szerencsére a Webb infravörös kamerái betekintést engednek ebbe a folyamatba. Ráadásul a csillagkeletkezés középpontjáról készült NIRCam-képeket olyan műszermóddal készítették, amely megakadályozta, hogy a nagyon fényes forrás túlterhelje a detektort.

Míg az M82 izzó fehér magjában még ebben az infravörös nézetben is sötétbarna porból álló indák futnak végig, a Webb NIRCam eddig soha sem látott részleteket tárt fel. A központot közelebbről nézve, a zöld színnel ábrázolt kis foltok vasban gazdag koncentrált területeket jeleznek, amelyek többsége szupernóva-maradvány. A vörösnek tűnő kis foltok olyan területek, ahol a molekuláris hidrogént egy közeli fiatal csillag sugárzása világítja meg.

A Webb NIRCam műszerével készült képen az M82 középpontja látható példátlan részletességgel. A Webb felbontásával a csillagászok meg tudják különböztetni a kicsi, fényes, kompakt forrásokat, amelyek vagy egyedi csillagok, vagy csillaghalmazok. Az M82 középpontját alkotó csillagok és halmazok pontos számlálása segíthet a csillagászoknak megérteni a csillagkeletkezés különböző fázisait és az egyes szakaszok időtartamát. A képen a 2,12 mikron hullámhosszú fényt piros, 1,64 mikronost zöld, az 1,40 mikronost pedig kék szín jelöli.

„Ez a kép Webb teljesítőképességét mutatja” – mondta Rebecca Levy (University of Arizona, Tucson), aki a tanulmány második szerzője. „Ezen képen minden egyes fehér pont csillag vagy csillaghalmaz. Elkezdhetjük megkülönböztetni ezeket az apró pontforrásokat, ami lehetővé teszi számunkra, hogy pontos számot kapjunk a galaxis összes csillaghalmazáról.”

Ha az M82-t valamivel hosszabb infravörös hullámhosszon nézzük, vörös színnel ábrázolt csomós indák láthatók a galaxis síkja felett és alatt. Ezek a gázáramok a csillagontás központjából kiáramló galaktikus szelek.

A Webb NIRCam műszerével készült kép az M82 galaktikus szelét mutatja a sokgyűrűs aromás szénhidrogének (PAH) néven ismert kémiai molekulákból származó kibocsátáson keresztül. Az emisszió szerkezete a forró, ionizált gázéhoz hasonlít, ami arra utal, hogy a PAH-ok a molekuláris gáz folyamatos ionizálásával pótolhatók. A képen a 3,35 mikron hullámhosszú fényt piros, a 2,50 mikronost zöld, a 1,64 mikronost pedig kék szín jelöli.

A kutatócsoport az egyik célja az volt, hogy megértse, hogyan indul el az a galaktikus szél, amelyet a csillagkeletkezés és az azt követő szupernóvák gyors üteme okoz, és hogyan befolyásolja a környezetét. Az M82 központi részének felbontásával a tudósok megvizsgálhatták, honnan ered a szél, és betekintést nyerhettek abba, hogy a szél meleg és a hideg összetevői hogyan hatnak egymásra.

A Webb NIRCam műszere kiválóan alkalmas volt a galaktikus szél szerkezetének nyomon követésére a sokgyűrűs aromás szénhidrogének (PAH) néven ismert kémiai molekulák kibocsátása révén. A PAH-ok nagyon kicsi porszemcséknek tekinthetők, amelyek túlélik az alacsonyabb hőmérsékletet, de a melegben elpusztulnak.

A csapat legnagyobb meglepetésére a PAH-kibocsátásról készült Webb-felvételek kiemelik a galaktikus szél finomszerkezetét, ami korábban nem ismert aspektus. A vörös szálakként ábrázolt emisszió attól a központi régiótól távolodik, ahol a csillagkeletkezés szíve található. Egy másik nem várt eredmény a PAH-kibocsátás és a forró, ionizált gáz hasonló szerkezete volt.

„Váratlan volt látni, hogy a PAH-kibocsátás ionizált gázra hasonlít” – mondta Bolatto. „A PAH-ok nem élnek túl sokáig, ha ilyen erős sugárzási mezőben vannak, ezért talán folyamatosan pótlódhatnak. Megkérdőjelezi elméleteinket, és azt mutatja, hogy további vizsgálatra van szükség.”

A Webb M82-ről készített közeli infravörös megfigyelései további kérdéseket vetnek fel a csillagkeletkezéssel kapcsolatban, amelyek némelyikére a csapat a Webb segítségével gyűjtött további adatokkal kíván választ adni, beleértve egy másik csillagontó galaxis adatait is. A csapat két másik tanulmánya, amelyek az M82 csillaghalmazait, valamint a szélkomponensek közötti összefüggéseket jellemzik, már majdnem elkészült.

A közeljövőben a Webb spektroszkópiai megfigyeléseket is fog végezni az M82-ről a kutatócsoport számára, ezenkívül a galaxisról és a szélről is készülnek kiegészítő nagyléptékű felvételek. A spektrális adatok segítenek a csillagászoknak abban, hogy meghatározzák a csillaghalmazok pontos korát, és hogy mennyi ideig tartanak a csillagkeletkezés egyes fázisai csillagontó környezetben. Tágabb léptékben, az olyan galaxisok tevékenységének vizsgálata, mint az M82, a korai univerzum megértését is elmélyíti.

„A Webb megfigyelése egy hozzánk viszonylag közeli olyan célpontról, mint az M82, azt jelzi, hogy a távcső kiválóan alkalmas bármilyen távolságban lévő galaxis tanulmányozására” – mondta Bolatto. „Amellett, hogy fiatal, nagy vöröseltolódású galaxisokat vizsgálunk, az otthonunkhoz közelebb eső célpontokat is megvizsgálhatunk, hogy betekintést nyerjünk az ott zajló folyamatokba, olyan eseményekbe, amelyek a korai univerzumban is előfordultak.”

Forrás: James Webb Space Telescope