Dawno, dawno temu w czasie i przestrzeni rozwinęła się historia kosmicznego stworzenia – tysiące młodych gwiazd, których jeszcze nikt nie widział w gwiezdnym żłobku zwanym 30 Doradus, zostało zaobserwowane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Nazwana Mgławica Tarantula – ze względu na wygląd jej włókien pyłowych na zdjęciach w teleskopach przed erą Webba – była ulubionym miejscem astronomów do badań nad powstawaniem gwiazd. Zdjęcie z Teleskopu Webba ujawniło również odległe galaktyki w tle oraz szczegółową strukturę i skład gazu i pyłu w tej mgławicy.
Zdjęcie gwiezdnego żłobka zwanego Mgławicą Tarantula wykonane przez teleskopy przed epoką Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba: VLT (Very Large Telescope), VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) i ALMA (the Atacama Large Millimeter / submillimeter Array). Jest to mozaika zdjęć w bliskiej podczerwieni λ ~ 1,0–2,2 µm (teleskopy VLT + VISTA) prezentujących jasne gwiazdy i światło obłoków gorącego gazu o różowym zabarwieniu. Jasne czerwono-żółte pasma w zakresie mikrofalowym (λ ~ 1,3–1,4 mm → teleskop ALMA) odpowiadają obszarom gęstego i zimnego gazu, które mogą się zapaść i stworzyć nowe gwiazdy. Ta unikalna, przypominająca sieć struktura obłoków gazowych sprawiła, że astronomowie przezwali ten obiekt Mgławicą Tarantula. Źródło: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Wong et al., ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellanic Cloud survey. Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit
Znajdująca się w odległości zaledwie 161 tysięcy l.św. od nas w Wielkim Obłoku Magellana, Mgławica Tarantula jest największym i najjaśniejszym znanym obszarem gwiazdotwórczym w Lokalnej Grupie Galaktyk, w której skład wchodzi również nasza Droga Mleczna. Ta mgławica liczy ~650 l.św. średnicy i jest najbardziej aktywnym obszarem gwiazdotwórczym w naszej grupie galaktyk, zawierającym niezliczone obłoki pyłowo-gazowe oraz dwie jasne gromady gwiazdowe. Tysiące masywnych gwiazd w centrum mgławicy 30 Doradus wydmuchuje materię i generuje silne promieniowanie wraz z potężnymi wiatrami gwiazdowymi. W Tarantuli odkryto materię gazową nagrzaną do milionów stopni przez te wiatry gwiazdowe, jak również przez wybuchy supernowych.
Astronomowie obserwowali Mgławicę Tarantula za pomocą trzech instrumentów współpracujących z Teleskopem Webba (NIRCam + NIRSpec + MIRI). W kamerze NIRCam ten obszar wygląda jak gniazdo tarantuli, które jest wyściełane pajęczą siecią. Pusty obszar w centrum mgławicy został utworzony przez silne promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez gromadę młodych gwiazd masywnych, które skrzą się na niebiesko w centrum tego zdjęcia. Tylko najbardziej gęste obszary, które otaczają mgławicę, opierają się tej erozji wywołanej przez potężne wiatry pochodzące od gwiazd masywnych. Widzimy je jako filary, które wskazują w stronę gromady gwiazdowej. Te filary zawierają protogwiazdy, które ostatecznie wyłonią się ze swoich pyłowych kokonów i rozpoczną dezintegrację mgławicy.
Za pomocą spektrografu NIRSpec astronomowie zaobserwowali w bliskiej podczerwieni bardzo młodą gwiazdę w opisanym powyżej stadium ewolucji. Do tej pory uważano, że ta gwiazda może być nieco starsza i już rozpoczęła proces oczyszczania się z bąbla wokół siebie. Jednak obserwacje NIRSpec wykazały, że protogwiazda właśnie jest na początku procesu wydostawania się ze swojego filaru i nadal jest zanurzona w izolującym od otoczenia obłoku pyłowym. Bez tych widm w wysokiej rozdzielczości, uzyskanych przez Teleskop Webba, to epizodyczne zdarzenie w procesie powstawania młodych gwiazd mogłoby pozostać niezauważone. Więcej na temat obserwacji tej protogwiazdy można znaleźć w materiale pt. „Spektroskopia protogwiazdy ukrytej w obłoku pyłowym w Mgławicy Tarantula”.
Mozaika zdjęć Mgławicy Tarantula w bliskiej podczerwieni, które zarejestrowała kamera NIRCam współpracująca z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba. Tutaj kolory zostały zmapowane następująco: niebieski – filtr F090W, zielony – F200W, pomarańczowy – F335W, czerwony – F444W, na dole po prawej stronie pokazano odcinek odpowiadający 50 l.św. Z niespotykaną do tej pory rozdzielczością widać obszar powstawania młodych gwiazd, z których dziesiątki tysięcy jeszcze nie odkryto, bo były schowane w obłokach pyłu międzygwiazdowego. Najbardziej aktywny obszar to gromada młodych gwiazd masywnych, które skrzą się na niebiesko w centrum zdjęcia. Dalej od centralnego obszaru Mgławicy Tarantula gaz przyjmuje kolor rdzawy, który tutaj oznacza, że mgławica jest bogata w związki węglowodorowe. Ten gęsty gaz jest materiałem, z którego w przyszłości powstaną gwiazdy. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
Ten obszar wygląda zupełnie inaczej na zdjęciu w średniej podczerwieni uzyskanym za pomocą instrumentu MIRI i Teleskopu Webba. Gorące gwiazdy znikły i świeci chłodniejszy gaz oraz pył. W obłokach z rodzącymi się gwiazdami świecące kropki wskazują na pozycje protogwiazd zanurzonych w otaczających obłokach, które nadal zbierają masę, podczas gdy w krótszych długościach fali „λ” światło jest pochłaniane lub rozpraszane przez ziarna pyłu w mgławicy i dlatego nie zostanie zarejestrowane przez Teleskop Webba. Natomiast światło o większej długości fali, takiej jak średni zakres podczerwieni (Teleskop Webba: λ ~ 5-28 μm), przenika przez ten pył i ujawnia obszary Wszechświata, których jeszcze nie widzieliśmy.
Jednym z powodów, dlaczego Mgławica Tarantula szczególnie interesuje astronomów, jest podobny skład chemiczny jak w gigantycznych obszarach gwiazdotwórczych obserwowanych podczas Kosmicznego Południa (ang. Cosmic Noon), gdy Wszechświat liczył zaledwie kilka miliardów lat i proces powstawania gwiazd osiągnął maksimum. Obszary gwiazdotwórcze w naszej Drodze Mlecznej nie produkują gwiazd w tak ekstremalnym tempie jak Mgławica Tarantula i mają inny skład chemiczny. To sprawia, że Tarantula jest najbliższym przykładem (czyli najłatwiejszym do szczegółowych obserwacji) tego, co mogło się dziać z Wszechświatem w jego świetlane „samo południe”. Teleskop Webba pozwoli astronomom porównać i znaleźć różnice w obserwacjach powstawania gwiazd w Mgławicy Tarantula i odległych galaktyk z Kosmicznego Południa. Więcej informacji na temat tego niezwykłego czasu w historii Wszechświata można znaleźć w przeglądowym artykule z 2020 roku (arXiv: 2010.10171).
Pomimo tysięcy lat obserwacji nieba przez ludzkość, zjawisko powstawania gwiazd nadal ma wiele tajemnic. Niektóre z nich wynikają z faktu, że do tej pory nie można było uzyskać wyraźnych zdjęć, na których widać, co dzieje się w nieprzeźroczystych obłokach z powstającymi gwiazdami. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba właśnie rozpoczął odkrywanie Wszechświata, którego nigdy jeszcze nie obserwowano i jest to zaledwie początek przepisywania na nowo opowieści o gwiezdnych narodzinach.
Mozaika zdjęć Mgławicy Tarantula w średniej podczerwieni uzyskana za pomocą kamery MIRI i Kosmicznego Teleskopy Jamesa Webba. Tutaj kolory zostały zmapowane następująco: niebieski – filtr F770W i F1000W, zielony – F1280W, czerwony – F1800W, w dolnym prawym rogu pokazano odcinek odpowiadający 25 l.św. W większych długościach fali (tutaj: średnia podczerwień względem bliskiej podczerwieni) światło zarejestrowane przez instrument MIRI skupia uwagę na obszarze otaczającym centralną gromadę gwiazdową i odkrywa zupełnie nową „twarz” Mgławicy Tarantula. W tym zakresie słabnie jasność młodych i gorących gwiazd z gromady i na pierwszym planie ujawnia się gaz oraz pył. Duże ilości węglowodorów świecą na powierzchniach obłoków pyłowych w mapowanych barwach niebieskiej i fioletowej. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
Obrazy fragmentu Mgławicy Tarantula obok siebie w bliskiej/średniej podczerwieni (odpowiednio po lewej/po prawej) wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Przekątna zdjęcia odpowiada na niebie 2,64’ (~130 l.św. z odległości 170 tysięcy l.św.). Na stronie internetowej ESA można interaktywnie oglądać oba zdjęcia, przesuwając suwak: bliska ↔ średnia podczerwień. Każdy fragment widma promieniowania elektromagnetycznego pokazuje i ukrywa inne cechy, co pozwala astronomom zrozumieć mechanizmy fizyczne odpowiadające za powstawanie gwiazd. Źródło: NASA, ESA, CSA, and STScI
Infografika z instrumentami Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i zakresem obserwacji promieniowania elektromagnetycznego o długości fali λ wyrażonej w mikronach (1μm=0,000001m). Ludzkie oko jest wrażliwe na fotony λ ~0,38-0,78 μm. Teleskop Webba posiada na pokładzie instrument MIRI do obserwacji w średniej (λ 5-28 μm) podczerwieni (ang. mid-infrared) i przeznaczony jest m.in. do obserwacji planet, komet, asteroid, pyłu rozgrzanego światłem gwiazd i dysków protoplanetarnych. Natomiast do obserwacji w bliskiej (λ 0,6-5 μm) podczerwieni (ang. near-infrared) wykorzystuje więcej instrumentów – NIRCam, NIRSpec (np. obserwacje Mgławicy Tarantula) oraz FGS/NIRISS, które pozwalają obserwować gwiazdy i galaktyki w procesie powstawania, populacje gwiazd w najbliższych galaktykach, młode gwiazdy w Drodze Mlecznej i obiekty Pasa Kuipera. Źródło: NASA
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
A Cosmic Tarantula, Caught by NASA’s Webb
Webb captures a cosmic tarantula
Źródło: NASA/ESA
Na ilustracji widać obraz Mgławicy Tarantula w bliskiej podczerwieni uzyskany za pomocą kamery NIRCam i Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Przekątna zdjęcia odpowiada na niebie 7,24’ (~360 l.św. z odległości 170 tysięcy l.św.). Jest to obszar powstawania młodych gwiazd, z których dziesiątki tysięcy jeszcze nie odkryto, bo były schowane w obłokach pyłu międzygwiazdowego. Najbardziej aktywny obszar to gromada młodych gwiazd masywnych, które skrzą się na niebiesko w centrum zdjęcia. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
