Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba uchwycił w podczerwieni fragment ikonicznej mgławicy Koński Łeb z niespotykaną do tej szczegółowością.
Mgławica Koński Łeb o wielkości około 3,5 roku świetlnego, zwana również Barnard 33, znajduje się w gwiazdozbiorze Oriona w zachodniej części obłoku molekularnego Orion B w odległości około 1300 l.św. od Ziemi. Mgławica została odkryta 6 lutego 1888 roku przez szkockiego astronoma Williamina Fleminga.
Mgławica powstała z zapadającego się obłoku materii międzygwiazdowej. Widzimy ją, ponieważ jest oświetlana przez pobliską gorącą gwiazdę. Obłoki gazu otaczające mgławicę Koński Łeb zostały już rozproszone, ale pozostał sterczący filar – wyglądający z naszej perspektywy jak łeb konia, który jest zbudowany z wytrzymalszej materii.
Ale ta mgławica nie jest niezniszczalna. Astronomowie oszacowali, że wyparuje w ciągu najbliższych 5 milionów lat. Wynika to z faktu, iż jest silnie oświetlana przez promieniowanie ultrafioletowe przede wszystkim układu podwójnego gwiazd masywnych sigma Orionis (typ widmowy O9.5V), które znajdują się w odległości ~3,5 pc (~11,4 l.św.) od krawędzi mgławicy – przy czym jest to odległość rzutowana na sferę niebieską. Astronomowie przypuszczają, że sigma Orionis oświetla nieco skośnie tył mgławicy Koński Łeb, ponieważ jest ona głównie widoczna na tle mgławicy emisyjnej IC434.
Teleskop Webba sfotografował oświetloną, górną część mgławicy o charakterystycznej strukturze pyłu i gazu. Analiza tych zdjęć została opublikowana kilka dni temu w czasopiśmie naukowym Astronomy & Astrophysics.
Na ilustracji: Fragment „końskiej grzywy” w słynnej mgławicy Koński Łeb, który sfotografowała instrument MIRI w Teleskopie Webba w średniej podczerwieni (kolory: niebieski / zielony / czerwony odpowiadają następującym długościom fali promieniowania: 5,6+7,7+10μm / 11+12+15μm / 18+21+25μm). W średniej podczerwieni są widoczne substancje takie jak krzemiany tworzące pył o dużych ziarnach oraz podobne do sadzy molekuły zwane wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi PAH.
Źródło: ESA/Webb, NASA, CSA, K. Misselt (University of Arizona) and A. Abergel (IAS/University Paris-Saclay, CNRS)
Mgławica Koński Łeb jest dobrze znanym obszarem fotodysocjacyjnym PDR (skrót z j.ang. Photo Dissociation Region) lub inaczej obszarem zdominowanym przez fotony PDR (skrót z j.ang. Photon-Dominated Region). Ten obszar w przeważającej mierze jest neutralnym elektrycznie ośrodkiem międzygwiazdowym, w którym ogrzewanie i procesy chemiczne zależą głównie od promieniowania ultrafioletowego młodych gwiazd masywnych. Te obszary tworzą szeroką granicę oddzielającą młode gwiazdy od obłoków molekularnych, w których promieniowanie ultrafioletowe ogrzewa pył i gaz, i wywołuje procesy chemiczne. Oddziaływanie pomiędzy promieniowaniem gwiazd, a materią obejmuje:
• niszczenie ziaren pyłu w gęstych obszarach mgławicy;
• ogrzewanie pyłu;
• jonizację, dysocjację i ogrzewanie gazu składającego się zarówno z atomów jak i molekuł.
Te procesy mogą wywoływać silną stratyfikacje obszarów PDR (zjonizowany→ obojętny→ molekularny) ze względu na różne energie pochłanianego promieniowania ultrafioletowego w miarę, jak to promieniowanie jest osłabiane - im głębiej w obszar PDR. Obserwowane obszary PDR w naszej Drodze Mlecznej rozciągają się na kilkaset j.a.
Mgławica Koński Łeb jest idealnym obiektem do badania fizycznej struktury obszarów PDR, ponieważ jest dość blisko od nas oraz jest widoczna z boku. Umożliwia badania ewolucji molekularnej gazu i pyłu w tych środowiskach, a także obszarów przejściowych między nimi.
Obserwacje mgławicy Koński Łeb zostały przeprowadzone w ramach programu dla Teleskopu Webba pt. „Fizyka i chemia czoła obszarów PDR”.
Astronomowie z tego zespołu badający zdjęcia uzyskane za pomocą kamery NIRCam i instrumentu MIRI po raz pierwszy zauważyli niewielkie struktury na oświetlonym brzegu mgławicy Koński Web. Wykryto także prostopadłe do czoła obszaru PDR, prążkowane struktury zawierające cząstki pyłu i zjonizowanego gazu, które zostały porwane przez przepływ materii parujący pod wpływem fotonów UV. Zostało również zbadane w jaki sposób pył pochłania i emituje światło oraz lepiej zrozumiano wielowymiarowy kształt mgławicy.
W kolejnym kroku astronomowie zamierzają przeanalizować dane spektroskopowe mgławicy Koński Łeb uzyskane Teleskopem Webba, aby poznać zmiany parametrów fizycznych i chemicznych materii w tej mgławicy.
Na ilustracji: Interaktywna wersja obrazu „końskiej grzywy” mgławicy Koński Łeb sfotografowanej przez teleskop Webba w podczerwieni. Zmieniając pozycję suwaka: średnia ↔ bliska podczerwień (czerwona strzałka wskazuje dwie skrajne jego pozycje), można oglądać wersję zdjęcia mgławicy Koński Łeb, w której prawie poznikały gwiazdy i galaktyki w tle (po lewej, średnia podczerwień) oraz z całym ich bogactwem (po prawej, bliska podczerwień). Źródło: ESA/Webb, NASA, CSA, K. Misselt (University of Arizona) and Abergel (IAS/University Paris-Saclay, CNRS)
Na ilustracji: Trzy zdjęcia ikonicznej mgławicy Koński Łeb wykonane różnymi teleskopami satelitarnymi w zakresie optycznym i podczerwieni.
Zdjęcie po lewej uzyskał teleskop Euclid w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni (długość fali: 0,7+1,1+1,7μm) opublikowane w listopadzie 2023 roku.
Zdjęcie w środku w bliskiej podczerwieni (długość fali: 1,1+1,6μm) z teleskopu Hubble’a zostało wykonane z okazji 23 rocznicy rozpoczęcia obserwacji orbitalnych w 2013 roku. Jest to przepiękne zdjęcie subtelnych struktur tej mgławicy, które w zakresie widzialnym są przesłonięte przez pył.
Zdjęcie po prawej jest najnowszą obserwacją fragmentu mgławicy Koński Łeb przeprowadzoną przez teleskop Webba w konfiguracji z kamerą NIRCam w bliskiej podczerwieni (długości fali w zakresie: 1,4-4,05μm).
Źródło: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi, NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (AURA/STScI), ESA/Webb, CSA, K. Misselt (University of Arizona) and A. Abergel (IAS/University Paris-Saclay, CNRS), M. Zamani (ESA/Webb)
Na ilustracji: Spektakularny panoramiczny widok mgławicy Koński Łeb uzyskany przez teleskop satelitarny Euclid podczas 1-godzinnej obserwacji w zakresie widzialnym oraz podczerwonych filtrach Y i H. Na zdjęciu barwom: niebieska / zielona / czerwona odpowiadają następujące długości fali: 0,7μm (zakres widzialny dla ludzkiego oka) / 1,1μm / 1,7μm.
Dzięki takiemu doborowi filtrów na zdjęciach z Euclida gorące gwiazdy mają odcień biało-niebieski, obszary z wzbudzonym, gazowym wodorem – odcień niebieski, obszary bogate w pył i gaz molekularny – wyraźny odcień czerwony. Zaś odległe galaktyki o dużym przesunięciu ku czerwieni wydają się bardzo czerwone.
Na zdjęciu jasne gwiazdy posiadają po sześć, wyraźnie rozchodzących się promieni, co jest efektem instrumentalnym wynikającym z konstrukcji teleskopu. Innym efektem instrumentalnym są bardzo słabe, małe i okrągłe obszary o rozmytym niebieskim kolorze - tzw. „duchy optyczne”, które łatwo są identyfikowane podczas obróbki danych i nie mają wpływu na realizację celów naukowych.
Źródło: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi
Na ilustracji: Mgławica Koński Łeb w ujęciu z teleskopu Hubble’a (bliska podczerwień) w barwach: niebieska i pomarańczowo-czerwona odpowiadających długościom fali światła 1,1μm i 1,6μm. Zdjęcie zostało wykonane z okazji 23 rocznicy rozpoczęcia obserwacji teleskopem Webba w 2013 roku. Źródło: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
• (publikacja naukowa) → JWST observations of the Horsehead photon-dominated region I. First results from multi-band near- and mid-infrared imaging
• Webb Captures Top of Iconic Horsehead Nebula in Unprecedented Detail
• Slider Tool (Webb NIRCam and MIRI images)
Źródło: NASA, ESA, CSA
Na ilustracji: Fragment „końskiej grzywy” w słynnej mgławicy Koński Łeb o szerokości około 0,8 roku świetlnego, który sfotografowała kamera NIRCam w Teleskopie Webba w bliskiej podczerwieni (kolory: niebieski / niebieskozielony / zielony / żółty / czerwony odpowiadają następującym długościom fali promieniowania: 1,4+2,5μm / 3,0+3,23μm / 3,35μm / 4,3μm / 4,7+4,05μm).
Ulotne, niebieskawe obłoki w dolnej części zdjęcia składają się głównie z zimnego wodoru molekularnego. W czerwonawych smugach rozciągających się nad tą mgławicą dominuje atomowy wodór i astronomowie nazywają to obszarem fotodysocjacyjnym PDR. Jest to obszar przejściowy pomiędzy pomiędzy chłodniejszą mgławicą znajdującą się poniżej PDR, a całkowicie zjonizowanym gazem – powyżej. PDR tworzy promieniowanie pobliskich, młodych gwiazd masywnych i składa się w większości z niezjonizowanego, ciepłego gazu i pyłu. W tle widać wiele odległych galaktyk.
Źródło: ESA/Webb, NASA, CSA, K. Misselt (University of Arizona) and A. Abergel (IAS/University Paris-Saclay, CNRS)
