Na zdjęciu wykonanym przez teleskop Webba widać oddzielne gwiazdy w karłowatej i nieregularnej galaktyce Wolf-Lundmark-Melotte (w skrócie WLM). Astronomowie liczą, że dzięki tym obserwacjom zostanie odtworzona historia powstawania gwiazd w tej niedalekiej galaktyce (~3 mln.l.św.), która najprawdopodobniej „pamięta” młodość Wszechświata. Galaktyka WLM prawie nie blokuje promieniowania w bliskiej podczerwieni. Dlatego widać tak wiele galaktyk w tle.
Galaktyka Wolf-Lundmark-Melotte znajduje się około 3 milionów l.św. w gwiazdozbiorze Wieloryba (łac Cetus).
Galaktyka została odkryta w 1909 roku przez niemieckiego astronoma Maxa Wolfa. Ale rzeczywista natura jako galaktyki została wyjaśniona w 1926 roku przez Knuta Lundmarka i Philibert Jacques Melotte.
Dlaczego galaktyka Wolf-Lundmark-Melotte jest taka ciekawa?
Wskazane za pomocą żółtej strzałki położenie galaktyki karłowatej Wolf-Lundmark-Melotte (w skrócie WLM) w Lokalnej Grupie Galaktyk. W centrum rysunku znajduje się nasza Droga Mleczna, a galaktyka WLM znajduje się w odległości ~3 milionów l.św. na obrzeżach naszej grupy galaktyk. Źródło: Antonio Ciccolella, Wikipedia
WLM (znana również jako DDO 221 i LEDA 143) została sklasyfikowana jak galaktyka karłowata i nieregularna, ze względu na jej wielkość i brak struktury. WLM rozciąga się maksymalnie na około 8000 l.św. (~12 razy mniejsza od Drogi Mlecznej) razem z odkrytym w 1996 roku halo wokół niej, które składa się z bardzo starych gwiazd.
Populacja gwiazd w WLM ewoluowała w samotności – bez oddziaływania z innym galaktykami. Dlatego astronomowie uważają, że WLM reprezentuje nienaruszony „stan natury”, w którym jakiekolwiek zamiany podczas ewolucji tego obiektu miały miejsce bez wpływu zewnętrznego otoczenia – podobnie jak zamknięta społeczność ludzka z ograniczonym kontaktem z obcymi.
WLM otacza duże halo składające się ze słabych, czerwonych gwiazd, które rozciąga się dalej w głęboką pustkę międzygalaktyczną. Czerwony kolor gwiazd wskazuje na zaawansowany wiek gwiazd. Najprawdopodobniej halo powstało, gdy ta galaktyka zaczynała formować się. Obserwacje galaktyki WLM mogą dostarczyć wskazówek do wyjaśnienia procesu powstawiania pierwszych galaktyk.
Inną ciekawą i ważną cechą galaktyki WLM jest to, że jej materia gazowa posiada skład chemiczny, jak w galaktykach we wczesnych Wszechświecie, czyli mało pierwiastków cięższych od wodoru i helu. Wynika to z tego, że ta galaktyka straciła wiele z tych pierwiastków w wyniku wiatrów galaktycznych. Mimo że wiele gwiazd niedawno powstało w galaktyce WLM i te gwiazdy wytworzyły cięższe pierwiastki, to jednak sporo tej materii zostało usunięte z tej galaktyki w wyniku wybuchów gwiazd masywnych jako supernowe. Energia wybuchów supernowych jest tak potężna, że może być wystarczająca do wyrzucenia materii z tak niewielkiej i małomasywnej galaktyki jak WLM. Dlatego galaktyka WLM jest niezwykle interesująca w tym sensie, że może być wykorzystana do badań na powstawaniem i ewolucją niewielkich galaktyk we wczesnym Wszechświecie.
Najbardziej znanym do tej pory zdjęciem galaktyki WLM jest obraz wykonany przez teleskop VLT (ang. Very Large Telescope) w Obserwatorium Paranal (Chile). Ta fotografia z 2016 roku jest ciekawie opisana we wiadomości ESO pt. „Dziki rejon Grupy Lokalnej” (jest również wersja w języku polskim!). Oryginalne zdjęcie ESO wymaga odwrócenia o 180° (oryginał ESO: północ-po lewej, wschód–u góry, zdjęcie odwrócone: północ–po lewej, wschód–na dole), aby zachować orientację kadru na niebie zgodną ze zdjęciem wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.
Zdjęcie samotnej galaktyki Wolf-Lundmark-Melotte (w skrócie WLM) uzyskane za pomocą teleskopu VLT (ang. Very Large Telescope) w Obserwatorium Paranal, Chile. Oryginalne zdjęcie ESO (po lewej) zostało odwrócone o 180° (zdjęcie po prawej, tutaj: północ–po lewej, wschód–na dole), aby być zgodnym położeniem kadru na zdjęciu wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. WLM jest członkiem Lokalnej Grupy Galaktyk, ale znajduje się na jej obrzeżach w odosobnionym miejscu ~3 miliony l.św. od nas. Dlatego przypuszcza się, że mogła nigdy nie oddziaływać z innymi galaktykami w naszej grupie lub w ogóle w historii Wszechświata. Źródło: ESO
Zdjęcie galaktyki WLM wykonane ze pomocą teleskopu Webba
W kadrze kamery NIRCam współpracującej z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba zmieścił się tylko fragment galaktyki WLM – kwadrat na niebie o boku około 2’ (~1700 l.św. w galaktyce WLM), który jest pokazany poniżej.
Zrzut ekranowy z animacja NASA prezentującej zbliżenie na galaktykę karłowatą Wolf-Lundmark-Melotte (WLM) - od zdjęcia z teleskopu VLT do zdjęcia wykonanego przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (kierunki na niebie: północ-po lewej, wschód-na dole). Widać tutaj zdjęcie z teleskopu VLT z zaznaczonych kwadratem o boku około 2’ (~1700 l.św. przy odległości do galaktyki WLM), który wskazuje na położenie kadru dla kamery NIRCam w teleskopie Webba. Źródło: NASA, ESA, CSA, ESO, Alyssa Pagan (STScI)
Najnowszy zdjęcie wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pokazuje najbardziej szczegółowy widok galaktyki WLM w historii obserwacji tego obiektu. Poprzednio ta galaktyka była fotografowana przez czułą na zakres podczerwony kamerę IRAC współpracującą z Kosmicznym Teleskopem Spitzera. Jednak mają one znacznie gorszą rozdzielczość w porównaniu do zdjęć uzyskanych teleskopem Webba. Można to porównać poniżej, gdzie obok siebie jest ten sam fragment zdjęcia galaktyki WLM i do tego w tej samej skali.
Widać, że optyka teleskopu Webba czuła na zakres podczerwony promieniowania i zaawansowany zestaw instrumentów odbiorczych dostarczają znacznie bardziej szczegółowy widok, na którym widać pojedyncze gwiazdy i inne obiekty.
Wyjaśniła to dr Kristen McQuinn – astrofizyczka pracująca na Rutgers University (USA), a zarazem jeden z głównych naukowców pracujących nad programem „RST” dla teleskopu Webba (szczegóły dalej). Na blogu NASA poinformowała, że – możemy zobaczyć niezliczoną ilość pojedynczych gwiazd o różnej barwie, wielkości, temperaturze, wieku i stadium ewolucyjnym; interesujące mgławice gazowe w tej galaktyce; gwiazdy tła z charakterystycznymi kolcami dyfrakcyjnymi Webba; galaktyki tła z ciekawymi strukturami takimi jak ogony pływowe. Jest to naprawdę przepiękne zdjęcie.
Porównanie tego samego fragmentu galaktyki Wolf-Lundmark-Melotte (WLM) na zdjęciu wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Spitzera (po lewej) i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (po prawej). Na zdjęciu po prawej widać niezwykłą zdolność teleskopu Webba do detekcji słabych gwiazd poza Drogą Mleczną. Mapowanie kolorów na zdjęciach: teleskop Spitzera → fotonom λ = 3,6μm / 4,5μm odpowiadają kolory niebieskozielony / pomarańczowy; teleskop Webba → fotonom λ = 0,9μm / 1,5μm / 2,5μm / 4,3μm odpowiadają kolory = niebieski / niebieskozielony / żółty / czerwony. Pole widzenia obejmuje około 2’ (~1700 l.św. przy odległości do galaktyki WLM). Źródło: NASA, ESA, CSA, IPAC, Kristen McQuinn (RU), Zolt G. Levay (STScI), Alyssa Pagan (STScI)
Rozdzielone populacje gwiazdowe (RST) - program obserwacyjny dla teleskopu Webba
RST jest skrótem z j.ang. Resolved Stellar Populations, który można spróbować przetłumaczyć na język polski jako „rozdzielone populacje gwiazdowe”. Z pojęciem populacji gwiazdowych można zapoznać się na przykład na podstawie informacji z Wikipedii. Natomiast „rozdzielone populacje gwiazdowe” to są populacje gwiazdowe, czyli duże grupy gwiazd, które są wystarczająco blisko od nas, aby rozdzielić je za pomocą teleskopu na pojedyncze gwiazdy, ale jednocześnie wystarczająco daleko, aby „złapać” na jednym kadrze.
Na przykład przyjęto, że dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba takimi rozdzielonymi populacjami gwiazdowymi „RST” są populacje gwiazdowe znajdujące się w odległości do około 1 megaparseka (~3,26 miliona l.św.) i stosownie do tego sformułowano program ERS nr 1334.
Program obejmuje obserwacje z użyciem instrumentów Webba Near-Infrared Camera (NIRCam) oraz Near-Infrared Imaging Slitless Spectrograph (NIRISS) dla następujących obiektów:
• gromada kulista M92 w Herkulesie (odległość ~27 tysięcy l.św.),
• ekstremalnie słaba galaktyka karłowata Draco II („Karzeł Smoka” – odległość ~280 tysięcy l.św.),
• galaktyka karłowata Wolf–Lundmark–Melotte (WLM), w której rodzą się nowe gwiazdy (odległość ~3 mln l.św.).
Rozdzielone populacje gwiazdowe „RST” jest to jedna z sześciu przyjętych w 2017 roku kategorii „wczesnych” programów naukowych ERS (Early Release Science), dzięki którym astronomowie mają się uczyć w pełni wykorzystać możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
Populacja gwiazd małomasywnych w galaktyce WLM jest szczególnie interesująca, ponieważ te gwiazdy żyją bardzo długo. Oznacza to, że niektóre z tych obserwowanych dzisiaj gwiazd mogły powstać, gdy Wszechświat był młody. Dr McQuinn powiedziała – głównym celem naukowym jest odtworzenie historii powstawania gwiazd w tej galaktyce. Wyznaczając właściwości tych małomasywnych gwiazd (takie jak ich wiek), możemy zyskać wgląd w to, co stało się w bardzo odległej przeszłości. Jest to bardzo komplementarne z tym, co próbujemy się dowiedzieć o wczesnym powstawaniu galaktyk, obserwując systemy o dużym przesunięciu ku czerwieniu, w których widzimy galaktyki tak, jak one istniały już po uformowaniu się.
Innym celem jest wykorzystanie obserwacji galaktyki WLM do kalibracji Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, aby upewnić się, czy potrafi zmierzyć jasność gwiazd w ekstremalną dokładnością, która pozwoli astronomom testować modele ewolucyjne gwiazd w oparciu o obserwacje w bliskiej podczerwieni (fotony o długości fali mniejszej od 5μm). Dr McQuinn ze współpracownikami rozwija i testuje oprogramowanie do pomiarów jasności pojedynczych gwiazd na zdjęciach uzyskanych kamerą NIRCam, które docelowo będzie dostępne publicznie. Wyniki programu ERS 1334 mają zostać opublikowane przed 27 stycznia 2023 roku (j.t. koniec terminu przyjmowania propozycji na drugi cykl obserwacyjny dla teleskopu Webba → the Cycle 2 Call for Proposals).
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest w przestrzeni kosmicznej od niecałego roku i już udowodnił swoją wartość. Dostarczył zapierające dech w piersiach widoki Wszechświata takie, jak zdjęcia głębokiego pola, ekstremalnie dokładne obserwacje galaktyk i mgławic, i widma o wysokiej rozdzielczości atmosfer egzoplanet. Są to przełomowe dane, które stanowią punkt zwrotny dla obserwacji astronomicznych. Zanim zakończy się planowana na 10 lat misja tego teleskopu, która może zostać rozszerzona do 20 lat, doświadczymy rzeczywistej zmiany wielu paradygmatów naukowych.
Więcej informacji:
- Webb image shows Wolf–Lundmark–Melotte a dwarf galaxy full of stars
- Dwarf Galaxy WLM (NIRCam Image)
- Dwarf Galaxy WLM (Spitzer IRAC and Webb NIRCam)
- Film (zbliżenie od zdjęcia VLT do Webba) → Dwarf Galaxy WLM (VLT to NIRCam Zoom)
- Blog NASA: Beneath the Night Sky in a Galaxy (Not Too) Far Away
- Film → ERS Program 1334: The Resolved Stellar Populations Early Release Science Program
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Źródło: NASA
Na ilustracji: zdjęcie wykonane przez kamerę NIRCam Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, na którym widać fragment karłowatej galaktyki nieregularnej Wolf-Lundmark-Melotte, jak również w tle wiele galaktyk. To zdjęcie pokazuje niezwykłą zdolność teleskopu Webba do detekcji słabych gwiazd poza Drogą Mleczną. Na zdjęciu połączono obrazy w filtrach o następujących długościach fali (λ) 0,9μm / 1,5μm / 2,5μm / 4,3μm, które są mapowane odpowiednio, jako kolory niebieski / niebieskozielony / żółty / czerwony. Pole widzenia obejmuje około 2’ (~1700 l.św. przy odległości do galaktyki WLM). Źródło: NASA / ESA / CSA / STScI / K. McQuinn, Rutgers University / A. Pagan, STScI.
