Teleskop Webba sfotografował w podczerwieni z niezwykłą wyrazistością Galaktykę Południowy Wiatraczek w ramach projektu obserwacyjnego FEAST, którego celem jest zrozumienie mechanizmów powstawania gwiazd i ewolucji galaktykach.
Galaktyka M83 lub NGC 5236 – nazywana również Galaktyką Południowym Wiatraczkiem, znajduje się na południowym niebie w gwiazdozbiorze Hydry w odległości niecałych 15 milionów l.św. od nas. Jest to duża galaktyka spiralna z poprzeczką, którą widzimy prostopadle do płaszczyzny dysku.
Galaktykę M83 charakteryzują dwa ramiona spiralne rozciągające się od jej jądra. Te ramiona łączą się w rozległą strukturę obłoków gazowych i pyłowych, tworząc zachwycający wizualnie obiekt, który od dziesięcioleci fascynuje astronomów.
FEAST, czyli uczta dzięki Webbowi
Projekt obserwacyjny z użyciem Teleskopu Webba o nazwie „Feedback in Emerging extrAgalactic Star clusTers” jego autorzy oznaczyli akronimem FEAST – co w języku angielski oznacza ucztę, uroczystość lub święto.
Celem tego projektu badawczego jest zrozumienie związku pomiędzy powstawaniem gwiazd i gwiezdnym sprzężeniem zwrotnym w galaktykach. Poprzez badanie wzajemnego oddziaływania pomiędzy tymi procesami, astronomowie starają się zrozumieć mechanizmy, które odpowiadają za powstawanie gwiazd i ewolucję galaktyk.
A konkretniej - celem obserwacji FEAST jest odkrywanie i badania miejsc, gdzie powstają gwiazdy, czyli gwiezdnych żłobków, poza naszą Drogą Mleczną. Przed Webbem - dzięki obserwacjom za pomocą teleskopu ALMA na pustyni w Chile oraz Hubble’a ledwie uzyskano wgląd w proces powstawania gwiazd na początku (poprzez obserwacje gęstych obłoków pyłowo-gazowych, w których powstają gwiazdy) lub już po narodzinach, gdy gwiazdy zniszczyły obłoki pyłowo-gazowe, w których były zanurzone.
Teleskop Webba otworzył nowe okno obserwacyjne wczesnych etapów powstawania gwiazd oraz redystrybucji energii w postaci gazu i pyłu. Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali w galaktyce poza naszą Lokalną Grupą Galaktyk gromady gwiazdowe wyłaniające się z obłoków, w których powstały. Dzięki temu będzie można określić, ile czasu zbiera tym gwiazdom zanieczyszczenie materii niedawno powstałymi metalami (astrofizycy za „metale” uważają wszystkie pierwiastki cięższe od helu) oraz pozbycie się otaczającego je gazu - są to skale czasowe zależne od konkretnych galaktyk.
W ramach programu FEAST Teleskop Webba został skierowany ku galaktyce M83, aby zbadać mechanizmy sprzężenia zwrotnego dotyczącego powstawania gwiazd. Gwiezdne sprzężenie zwrotne (ang. stellar feedback) są to procesy, w których gwiazdy wyrzucają masę i energię – tworząc i kształtując otaczającą je materię gazową i pyłową. Bardziej ilościowe określenie tego pojęcia jest zawarte również w pierwszym zdaniu publikacji z 2017 roku, gdzie gwiezdnym sprzężeniem zwrotnym określa się utratę przez (masywne) gwiazdy energii, momentu pędu i masy w ośrodku międzygwiazdowym.
Badając te mechanizmy sprzężenia zwrotnego astronomowie próbują udoskonalić swoje modele i odkryć skomplikowaną dynamikę rządzącą narodzinami i ewolucją gwiazd. Próbują lepiej zrozumieć, jak zachodzi cykl powstawania gwiazd i wzbogacania materii metalami w galaktykach oraz w jakich skalach czasowych powstają planety i brązowe karły. Gdy w końcu obłoki pyłowo-gazowe rozproszą się z otoczenia nowo-powstałych gwiazd, to wtedy już nie ma materii do tworzenia nowych planet.
M83 w średniej podczerwieni
Do wykonania zdjęcia w średniej podczerwieni została użyta kamera MIRI, czyli Mid-InfraRed Instrument. W przeciwieństwie do długości fal λ promieniowania elektromagnetycznego w zakresie optycznym używanych w tradycyjnej astronomii, kamera MIRI „widzi” w zakresie widma zwanego średnią podczerwienią, którego zakres znacznie różni się od czułości ludzkiego oka.
Optyczny zakres widma rozciąga się mniej więcej od długości fali λ ~ 0,38 do 0,75 μm (mikrometra), gdzie mikrometrem jest jedną tysięczną milimetra. Natomiast kamera MIRI jest czuła na światło w zakresie od długości fali λ ~ 5 do 28 μm. Istotne jest, że kamera MIRI nie obserwuje jednocześnie w tym całym zakresie widma, ale tylko w długościach fali odpowiadającym dziesięciu różnym filtrom.
Kamera MIRI potrafi szczegółowo zarejestrować światło w zakresie czułości danego filtru. Na przykład filtr F770W przepuszcza promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie od λ = 6,581 do 8,687 μm. Ta precyzja pozwala astronomom skupić uwagę z niespotykaną wyrazistością na poszczególnych obszarach zakresu widma w średniej podczerwieni, by odkrywać wspaniałości Wszechświata.
Zdjęcie M83 pokazane na ilustracji tytułowej zostało wykonane przez kamerę MIRI z użyciem tylko dwóch filtrów spośród 10 możliwych. Astronomowie skoncentrowali się na bardziej krótkofalowym zakresie czułości kamery. Rezultatem jest zdjęcie o niezwykłej szczegółowości, które pokazuje tą odległą galaktykę z poprzeczką. Na zdjęciu widać:
• jasne, niebieskie gwiazdy – efektowne, jasne obszary w kolorze niebieskim na zdjęciu reprezentują rozkład gwiazd skupionych wokół centralnej części galaktyki M83. Te gwiazdy pozwalają oszacować wiek galaktyki oraz strukturę populacji gwiazdowych.
• gwiezdne żłobki (kolor żółty) – są wplecione w ramiona spiralne w postaci jaskrawo-żółtych obszarów oznaczających zagęszczenia aktywnych gwiezdnych żłobków. W tych obszarach powstają gwiazdy.
• pomarańczowo-czerwone obszary PAH – wskazują na obecność wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych PAH (skrót od ang. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons). Są to związki chemiczne zawierające węgiel istotne do zrozumienia składu chemicznego Wszechświata. Filtr F770W jest jednym z dwóch filtrów użytych do tych obserwacji, który znakomicie nadaje się do fotografowania tej ważnej molekuły.
M83 w bliskiej podczerwieni
Zdjęcie M83 zostało zrobione przez kamerę NIRCam (Near-InfraRed Camera), współpracującą z Teleskopem Webba w bliskiej podczerwieni – w długościach fali λ większych niż zakres optyczny. Podobnie jak MIRI – kamera NI|RCam jest wyposażona w zestaw 29 filtrów dedykowanych do fotografowania, które obejmują zakres długości fali od λ ~ 0,6 do 5 μm.
Do stworzenia poniższego zdjęcia zostało użyte osiem filtrów, które zebrały światło emitowane przez całe bogactwo gwiazd w M83. W innych długościach fali te gwiazdy mogą być przesłonięte przez pył. Pomimo, że gwiazdy nie emitują większości promieniowania elektromagnetycznego w podczerwieni, to jednak światło widzialne jest bardziej wrażliwe na rozpraszanie przez pył niż podczerwień. Dlatego instrumenty czułe na podczerwień takie jak te, które rejestrują światło zbierane przez Teleskop Webba, stwarzają najlepsze możliwości badania gwiazd w obszarach (np. galaktyki), gdzie również może znajdować się duża ilość pyłu.
Na omawianym zdjęciu M83 w bliskiej podczerwieni jasnym czerwono-różowym plamom odpowiadają obszarom zjonizowanego wodoru, których jonizację wywołały niedawno uformowane gwiazdy. Natomiast rozmyte przejście pomiędzy różnymi odcieniami światła niebieskiego wokół centralnego obszaru M83 prezentuje rozkład starszych gwiazd. Zwarte i jasne obszary w kolorze niebieskim wewnątrz zjonizowanego gazu (→ kolor czerwony) - najczęściej skupiające się w ramionach spiralnych, pokazują rozkład młodych gromad gwiazdowych.
Na ilustracji: Zdjęcie galaktyki M83 (Galaktyka Południowy Wiatraczek) w bliskiej podczerwieni (~0,6μm-5μm) wykonane przez kamerę NIRCam z Teleskopem Webba. Widać jasne jądro galaktyki świecące promieniowaniem mnóstwa gwiazd. Największe zagęszczenie gwiazd jest w ramionach spiralnych. Oba ramiona są rozjaśnione przez obłoki gazowe w kolorze czerwonym i łączą się z centrum galaktyki. Materia gazowa tworzy nitkowate struktury w okolicach centralnych galaktyki i dalej staje się grubsza wzdłuż ramion spiralnych. Źródło: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Adamo (Stockholm University) and the FEAST JWST team
M83 – średnia ↔ bliska podczerwień
Na ilustracji: Połączone zdjęcia galaktyki M83 (Galaktyka Południowy Wiatraczek) w średniej / bliskiej podczerwieni (po lewej/prawej) wykonane przez Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba przy wykorzystaniu kamer MIRI i NIRCam w ramach projektu obserwacyjnego FEAST. Na stronie internetowej ESA można interaktywnie oglądać oba zdjęcia przesuwając suwak średnia ↔ bliska podczerwień. Źródło: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Adamo (Stockholm University) and the FEAST JWST team
M83 w zakresie widzialnym
Na ilustracji: Zdjęcie z 2014 roku galaktyki z poprzeczką M83 (Galaktyka Południowy Wiatraczek) w zakresie optycznym (filtry w zakresie λ=0,336μm – 0,555μm) wykonane przez Teleskop Hubble’a. Źródło: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Acknowledgement: William Blair (Johns Hopkins University)
Więcej informacji:
Unveiling Cosmic Beauty of M83 with James Webb Telescope
Źródło: ESA
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji: Zdjęcie galaktyki spiralnej z poprzeczką M83 (Galaktyka Południowy Wiatraczek) w średniej podczerwieni (~5μm-28μm) wykonane przez kamerę MIRI współpracującą z Teleskopem Webba. Widać dwa spiralne ramiona rozchodzące się poziomo od jądra galaktyki znajdującego się w centrum zdjęcia. Ramiona spiralne łączą się z rozległą strukturą składającą się z gazu i pyłu, która wypełnia całe zdjęcie. Ta materia „świeci” w barwie jasnopomarańczowej wzdłuż ramion spiralnych oraz w pozostałym obszarze galaktyki w ciemniejszej barwie czerwonej. Przez wiele dziur w obłokach pyłowych w niezliczone gwiazdy w najbardziej gęstych obszarach wokół jądra galaktyki. Kolory są dobrane arbitralnie na zdjęciu, ponieważ ludzkie oko nie widzi w podczerwieni. Źródło: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Adamo (Stockholm University) and the FEAST JWST team
