Слева — галактика M82 со вспышкой звезд, наблюдаемая космическим телескопом НАСА «Хаббл» в 2006 году. Небольшой прямоугольник в ядре галактики соответствует области, захваченной на данный момент инструментом NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) на космическом телескопе Джеймса Уэбба НАСА. Красные нити, по мнению Уэбба, представляют собой выбросы полициклических ароматических углеводородов, повторяющие форму галактического ветра. На изображении Хаббла свет длиной 0,814 микрона окрашен в красный цвет, 0,658 микрона — красно-оранжевый, 0,555 микрона — зеленый, а 0,435 микрона — синий (фильтры F814W, F658N, F555W и F435W соответственно). На изображении Уэбба свет на длине волны 3,35 микрона окрашен в красный цвет, на длине волны 2,50 микрона — в зеленый, а на длине волны 1,64 микрона — в синий (фильтры F335M, F250M и F164N соответственно). НАСА, ЕКА, ККА, STScI, А. Болатто (Университет Мэриленда). Кредит: НАСА
Команда астрономов использовала космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА для исследования взорвавшейся галактики Мессье 82 (M82). Эта галактика, расположенная на расстоянии 12 миллионов световых лет в созвездии Большой Медведицы, относительно компактна по размеру, но в ней наблюдается бурная активность звездообразования. Для сравнения, в M82 рождаются новые звезды в 10 раз быстрее, чем в галактике Млечный Путь.
Команда под руководством Альберто Болатто из Университета Мэриленда в Колледж-Парке направила прибор Уэбба NIRCam (камеру ближнего инфракрасного диапазона) к центру вспыхнувшей галактики, чтобы поближе рассмотреть физические условия, способствующие образованию новых звезд.
«На протяжении многих лет M82 собирала множество наблюдений, потому что ее можно рассматривать как прототип галактики со вспышкой звезд», — сказал Болатто, ведущий автор исследования. «Эту цель наблюдали космические телескопы НАСА «Спитцер» и «Хаббл». Благодаря размеру и разрешению Уэбба мы можем взглянуть на эту звездообразующую галактику и увидеть все эти красивые новые детали».
Яркое сообщество звезд
Звездообразование продолжает сохранять ощущение тайны, поскольку оно окутано завесой пыли и газа, что затрудняет наблюдение за этим процессом. К счастью, способность Уэбба видеть в инфракрасном диапазоне является преимуществом в навигации в этих мрачных условиях. Кроме того, эти изображения NIRCam самого центра звездообразования были получены с использованием режима прибора, который не позволял очень яркому источнику перегружать детектор.
В то время как темно-коричневые усики тяжелой пыли пронизывают светящееся белое ядро M82 даже на этом инфракрасном изображении, камера NIRCam Уэбба выявила уровень детализации, который исторически был скрыт. Если посмотреть ближе к центру, то маленькие пятнышки, обозначенные зеленым цветом, обозначают концентрированные области железа, большая часть которых представляет собой остатки сверхновых. Маленькие пятна красного цвета обозначают области, где молекулярный водород освещается излучением близлежащей молодой звезды.
«Это изображение показывает силу Уэбба», — сказала Ребекка Леви, второй автор исследования в Университете Аризоны, Тусон. «Каждая белая точка на этом изображении — это либо звезда, либо звездное скопление. Мы можем начать различать все эти крошечные точечные источники, что позволяет нам получить точный подсчет всех звездных скоплений в этой галактике».
Поиск структуры в оживленных условиях
Глядя на M82 в немного более длинноволновом инфракрасном диапазоне, можно увидеть комковатые усики, показанные красным, которые простираются над и под плоскостью галактики. Эти газообразные стримеры представляют собой галактический ветер, вырывающийся из ядра звездообразования.
Одной из областей внимания этой исследовательской группы было понимание того, как этот галактический ветер, вызванный высокой скоростью звездообразования и последующими сверхновыми, запускается и влияет на окружающую среду. Решив центральную часть M82, ученые могли изучить, откуда возникает ветер, и получить представление о том, как горячие и холодные компоненты взаимодействуют в ветре.
Инструмент Уэбба NIRCam хорошо подходил для отслеживания структуры галактического ветра по излучению сажистых химических молекул, известных как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). ПАУ можно рассматривать как очень мелкие пылинки, которые выживают при более низких температурах, но разрушаются в жарких условиях.
К большому удивлению команды, взгляд Уэбба на выбросы ПАУ подчеркивает тонкую структуру галактического ветра — ранее неизвестный аспект. Изображенное красными нитями излучение распространяется от центральной области, где расположен центр звездообразования. Еще одной неожиданной находкой стала схожая структура выбросов ПАУ и горячего ионизированного газа.
«Было неожиданно увидеть, что выбросы ПАУ напоминают ионизированный газ», — сказал Болатто. «ПАУ не должны жить очень долго под воздействием такого сильного радиационного поля, поэтому, возможно, они постоянно пополняются. Это бросает вызов нашим теориям и показывает, что необходимы дальнейшие исследования».
Освещая путь вперед
Наблюдения Уэбба за M82 в ближнем инфракрасном диапазоне вызывают дополнительные вопросы о звездообразовании, на некоторые из которых команда надеется ответить с помощью дополнительных данных, собранных с помощью Уэбба, в том числе данных о другой звездообразующей галактике. Две другие статьи этой группы, характеризующие звездные скопления и корреляции между компонентами ветра M82, почти завершены.
В ближайшем будущем у команды будут готовые для анализа спектроскопические наблюдения M82 с спутника Уэбб, а также дополнительные крупномасштабные изображения галактики и ветра. Спектральные данные помогут астрономам определить точный возраст звездных скоплений и дать представление о том, как долго длится каждая фаза звездообразования в условиях звездообразования в галактике. В более широком масштабе изучение активности в таких галактиках, как M82, может углубить понимание астрономами ранней Вселенной.
«Наблюдение Уэббом M82, более близкой к нам цели, является напоминанием о том, что телескоп превосходно изучает галактики на всех расстояниях», — сказал Болатто. «Помимо наблюдения за молодыми галактиками с большим красным смещением, мы можем посмотреть на цели, расположенные ближе к дому, чтобы получить представление о процессах, которые здесь происходят, — событиях, которые также происходили в ранней Вселенной».
Эти результаты были приняты к публикации в The Astrophysical Journal и опубликованы на сервере препринтов arXiv.
