Galaktyka I Zwicky 18 w podczerwonym kadrze JWST

Teleskop Webba uchwycił spektakularny widok galaktyki I Zwicky 18 (I Zw 18). Ta galaktyka została odkryta w latach 30-stych XX wieku przez szwajcarskiego astronoma Fritza Zwicky’ego i znajduje się w odległości około 59 milionów l.św. od Ziemi.

Galaktyka I Zw 18 przeszła kilka okresów gwałtownych procesów gwiazdotwórczych. Jest to typowa galaktyka podobna do tych, które istniały we wczesnym Wszechświecie. Sklasyfikowano ją jako nieregularną galaktykę karłowatą - znacznie mniejszą niż Droga Mleczna (wielkość: ~3 tysiące l.św. vs ~120 tysięcy l.św.).

W obszarach centralnych I Zw 18 znajdują się dwa duże obszary gwiazdotwórcze, które są otoczone przez delikatne brązowe włókna – swego rodzaju bąble gazu. Te bąble zostały ogrzane przez wiatry gwiazdowe i silne promieniowanie ultrafioletowe pochodzące od młodych i gorących gwiazd.

Na poniższym zdjęciu o większym polu widzenia niż ilustracja tytułowa można zauważyć pobliską galaktykę–towarzyszkę (widać ją poniżej galaktyki I Zwicky 18 jak zbiór głównie niebieskich gwiazd). Ten towarzysz najprawdopodobniej oddziałuje z galaktyką I Zw 18 i mógł zapoczątkować niedawne procesy gwiazdotwórcze w tej ostatniej.

Pomarańczowe plamki wokół I Zw 18 to delikatna poświata pochodząca od pradawnych - w pełni uformowanych galaktyk, które znajdują się w znacznie większych odległościach.

​

​

Na ilustracji: W polu widzenia widać wiele małych galaktyk. Najczęściej są to owalne galaktyki spiralne w kolorze białym i czerwonym. Centrum zdjęcia wypełnia nieregularna galaktyka karłowata I Zwicky 18 (I Zw 18) z jasnym obszarem wypełnionym gwiazdami w kolorze białym i niebieskim. Jądro galaktyki rozdziela się na dwa płaty. Obszar centralny I Zw 18 jest otoczony przez włókna pyłowe w kolorze brązowym.
W dolnej części zdjęcia jest widoczna galaktyka towarzysząca (wygląda jak zbiór niebieskich gwiazd), która najprawdopodobniej oddziałuje z I Zw 18 i mogła w niej zapoczątkować niedawne procesy gwiazdotwórcze.
Poniżej zdjęcia galaktyki I Zw 18 pokazano różę wiatrów z orientacją tego zdjęcia na niebie.
ESA/Webb, NASA, CSA, A. Hirschauer, M. Meixner et al.

Omawiane zdjęcie zostało wykonane w ramach programu obserwacyjnego Teleskopu Webba, którego celem są badania cyklu życia pyłu w galaktyce I Zw 18. Aktualnie astronomowie badają konkretne gwiazdy otoczone pyłem z pomocą instrumentów Teleskopu Webba w zakresie podczerwonym - bazując na wcześniejszych obserwacjach z Teleskopu Hubble’a.

Ta galaktyka jest szczególnie interesująca, ponieważ jej zawartość pierwiastków cięższych od helu zwana przez astronomów „metalicznością” jest jedną z najniższych ze wszystkich znanych galaktyk w lokalnym Wszechświecie i dla I Zw 18 wynosi zaledwie 2% metaliczności słonecznej. Uważa się, że takie warunki są podobne do tych, które panowały w czasach, gdy powstawały pierwsze galaktyki gwiazdotwórcze. Więc badania I Zw 18 powinny rzucić światło na cykl życia gwiazd i pyłu we wczesnym Wszechświecie.

Ogólnie wiadomo, że podczas wybuchów supernowych powstaje bardzo dużo pyłu w krótkim czasie w najbliższym nam Wszechświecie. Jednak nie jest to oczywiste dla środowisk o ekstremalnie małej metaliczności, którą charakteryzują się galaktyki o dużym kosmologicznym przesunięciu ku czerwieni „z”. Również gwiazdy na asymptotycznej gałęzi olbrzymów AGB (skrót z j.ang. Asymptotic Giant Branch) reprezentujące przeważającą większość gwiazd, które opuściły ciąg główny - są poprzez utratę masy dużym źródłem pyłu oraz ciężkich pierwiastków dla ośrodka międzygwiazdowego.
Obecnie nie jest dobrze określony wkład gwiazd AGB w produkcję pyłu przy dużych „z”. Przeważa pogląd wśród astronomów, że w galaktykach istniejących we wczesnym Wszechświecie gwiazdy o małych lub średnich masach na ciągu głównym potrzebowałyby znacznie więcej czasu niż obecnie, aby osiągnąć fazę AGB – co sugeruje, iż Wszechświat z tego okresu nie zawdzięcza im znacznej ilości pyłu.
Jednak ostatnio pojawiły się dowody obserwacyjne obalające ten obiegowy pogląd, które sugerują, że te zaawansowane ewolucyjnie gwiazdy mogły mieć wpływ na produkcję pyłu we wczesnym Wszechświecie (np. galaktyka Sekstant A o małej metaliczności, dowody na istnienie dużych zasobów kosmicznego pyłu przy z ~ 6 – a być może przy z > 10).
Również w galaktykach karłowatych i gromadach kulistych o niskiej metaliczności znajdujących się w bliskiej od nas odległości zaobserwowano duże ilości pyłu pochodzące od zaawansowanych ewolucyjnie gwiazd. Nadal jednak trwa dyskusja na temat wpływu niskiej metaliczności na produkcję pyłu przez gwiazdy AGB.
Dlatego tak bardzo potrzebne są przeglądy obserwacyjne w podczerwieni (na przykład z pomocą Teleskopu Webba), których celem jest odkrywanie i badania galaktyk o niskiej metaliczności zawierających populacje gwiazd zaawansowanych ewolucyjnie.

Wcześniej uważano, że w galaktyce I Zw 18 dopiero niedawno zaczęła powstawać pierwsza generacja gwiazd. Jednak Teleskop Hubble’a odkrył słabsze, czerwone gwiazdy (np. populację czerwonych nadolbrzymów oraz gwiazdy na asymptotycznej gałęzi olbrzymów) – co sugeruje, że procesy gwiazdotwórcze w tej galaktyce karłowatej mogły się zacząć przynajmniej miliard lat temu, a być może jeszcze wcześniej – np. 10 miliardów lat temu. Dlatego mogła ona powstać mniej więcej w tym samym czasie, co większość innych galaktyk.

​

Na ilustracji: W centrum pola widzenia widać nieregularną galaktykę karłowatą I Zwicky 18 sfotografowaną około 2007 roku przez Teleskop Hubble w „sztucznych” kolorach (barwa niebieska → λ~0,66μm, barwa pomarańczowa → λ~0,814μm). Poniżej I Zw 18 – nieco po prawej stronie, znajduje się mniejsza galaktyka towarzysząca podobnego typu, która skrzy się białymi i niebieskimi gwiazdami. We wstawce u góry po prawej stronie widać galaktykę I Zw 18 z zaznaczonymi w czerwonych okręgach cefeidami, które pozwoliły wyznaczyć dokładnie odległość do  tej galaktyki (zwiększyła się ona do 59 mln. l.św. - o prawie 10 mln l.św. więcej względem wcześniejszych wyznaczeń). Źródło: NASA, ESA and A. Aloisi (ESA/STScI)

W najnowszych obserwacjach galaktyki I Zw 18 z Teleskopu Webba znaleziono grupę kandydatów na zaawansowane ewolucyjnie gwiazdy otoczone pyłem. Uzyskano również więcej informacji na temat dwóch głównych obszarów gwiazdotwórczych w tej galaktyce. Z tych obserwacji wynika, że maksymalne tempo procesów gwiazdotwórczych w tych obszarach wystąpiło w różnym czasie. Mianowicie, największa aktywność gwiazdotwórcza w płacie północno-zachodnim (N-W – patrz „róża wiatrów” dwie ilustracje wyżej) miała miejsce wcześniej niż w płacie południowo-wschodnim (S-E), ponieważ w każdym z tych płatów znaleziono odpowiednio względnie starsze i młodsze populacje gwiazd.

Opracowanie: Ryszard Biernikowicz

Więcej informacji:

    • (publikacja naukowa) → Imaging of I Zw 18 by JWST: I. Strategy and First Results of Dusty Stellar Populations
    •  James Webb Telescope Captures I Zwicky 18 in Dazzling Detail
    •  A duo of starbursts in I Zwicky 18
    •  I Zwicky 18 (wide-field view)
    •  Hubble shows 'baby' galaxy is not so young after all

Źródło: ESA

Na ilustracji: W polu widzenia widać wiele małych galaktyk. Najczęściej są to owalne galaktyki spiralne w kolorze białym i czerwonym. Centrum zdjęcia wypełnia nieregularna galaktyka karłowata I Zwicky 18 (I Zw 18) z jasnym obszarem wypełnionym gwiazdami w kolorze białym i niebieskim. Jądro galaktyki rozdziela się na dwa płaty. Obszar centralny I Zw 18 jest otoczony przez włókna pyłowe w kolorze brązowym. ESA/Webb, NASA, CSA, A. Hirschauer, M. Meixner et al.