С момента начала своей деятельности в июле 2022 года Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) выполнил множество научных задач. Помимо исследования глубин Вселенной в поисках галактик, образовавшихся вскоре после Большого взрыва, он также предоставил самые четкие и подробные изображения близлежащих галактик. В процессе, Уэбб дало новое понимание процессов, посредством которых галактики формируются и развиваются на протяжении миллиардов лет. Сюда входят такие галактики, как Мессье 82 (M82), «звездообразующая галактика», расположенная примерно в 12 миллионах световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы.
M82, также известная как «Галактика-сигара» из-за своей характерной формы, представляет собой довольно компактную галактику с очень высокой скоростью звездообразования. Примерно в пять раз ярче Млечного Пути, поэтому центральная область M82 более чем в 100 раз ярче, чем у Млечного Пути. В сочетании с газом и пылью, которые естественным образом заслоняют видимый свет, это затрудняет исследование центральной области M82. Используя чрезвычайную чувствительность УэббС помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) команда под руководством Университета Мэриленда наблюдала центральную область этой галактики со вспышкой звезд, чтобы изучить физические условия, которые порождают новые звезды.
Команду возглавил Альберто Боллато, профессор астрономии Университета Мэриленда и исследователь Объединенного института космических наук (JSSI). К нему присоединились исследователи из Лаборатории реактивного движения НАСА, НАСА Эймса, Европейского космического агентства (ESA), Научного института космического телескопа (STScI), Центра передового опыта ARC по астрофизике всего неба в трех измерениях (ASTRO 3D), Макса -Институт астрономии Планка (MPIA), Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO), Центр инфракрасной обработки и анализа (IPAC-Калифорнийский технологический институт) и множество университетов, институтов и обсерваторий. Их выводы описаны в статье, принятой к публикации в Астрофизический журнал.
Их наблюдения были частью проекта «Общие наблюдения» (GO) цикла 1, главным исследователем которого является Боллато, который использовал данные NIRCam для изучения «прототипических звездных вспышек» NGC 253 и M82 и их «прохладных» галактических ветров. Такие галактики остаются источником интереса для астрономов из-за того, что они могут рассказать о рождении новых звезд в ранней Вселенной. Звездообразования — это галактики, в которых происходит быстрое и эффективное звездообразование — фаза, которую большинство галактик прошли в ранней истории Вселенной (около 10 миллиардов лет назад). Изучение ранних галактик на этом этапе является сложной задачей из-за больших расстояний.
К счастью, галактики со вспышками звезд, такие как NGC 253 и M82, находятся относительно близко к Млечному Пути. Хотя эти галактики наблюдались и раньше, чрезвычайная чувствительность Уэбба в ближнем инфракрасном спектре позволила получить наиболее детальное представление на сегодняшний день. Более того, наблюдения NIRCam проводились в режиме инструмента, который не позволял интенсивной яркости галактики перегружать инструмент. Полученные изображения выявили детали, которые исторически были скрыты, такие как темно-коричневые усики тяжелой пыли, содержащей концентрации железа (видимые на изображении как зеленые пятнышки).
Они состоят в основном из остатков сверхновых, а небольшие красные пятна представляют собой облака молекулярного водорода, освещенные близлежащими молодыми звездами. Сказала Ребекка Леви, второй автор исследования в Университете Аризоны в Тусоне, в пресс-релизе НАСА: «Это изображение показывает силу Уэбба. Каждая белая точка на этом изображении — это либо звезда, либо звездное скопление. Мы можем начать различать все эти крошечные точечные источники, что позволит нам получить точный подсчет всех звездных скоплений в этой галактике».
Еще одна ключевая деталь, запечатленная на изображениях, — это «галактический ветер», вырывающийся из ядра, который был виден в более длинных инфракрасных волнах. Этот ветер вызван высокой скоростью звездообразования и последующими сверхновыми и оказывает значительное влияние на окружающую среду. Изучение этого ветра было основной целью проекта (GO 1701), целью которого было исследование того, как эти ветры взаимодействуют с холодным и горячим материалом. В центральной части M82 команда смогла изучить, откуда возникает ветер и какое влияние он оказывает на окружающий материал.
Команда была удивлена кстати УэббNIRCam компании удалось проследить структуру галактического ветра по спектрам излучения очень мелких частиц пыли, известных как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – химических веществ, образующихся при сгорании угля, древесины, бензина и табака. Эти выбросы подчеркнули тонкую структуру галактического ветра, которая выглядела как красные нити, текущие сверху и снизу диска галактики. Еще одним сюрпризом стала структура эмиссии ПАУ, похожая на структуру горячего ионизированного газа на ветру. Как объяснил Боллато:
«На протяжении многих лет M82 собирала множество наблюдений, потому что ее можно рассматривать как прототип галактики со вспышкой звезд. Оба НАСА Спитцер и Космические телескопы Хаббл наблюдали эту цель. С УэббБлагодаря размеру и разрешению мы можем взглянуть на эту звездообразующую галактику и увидеть все эти красивые новые детали. Было неожиданно увидеть, что выбросы ПАУ напоминают ионизированный газ. Предполагается, что ПАУ не живут долго в таком сильном радиационном поле, поэтому, возможно, их количество постоянно пополняется. Это бросает вызов нашим теориям и показывает, что необходимы дальнейшие исследования».
Команда надеется продолжить исследование вопросов, которые поднимают эти открытия, используя данные Уэбба, которые будут включать спектроскопические наблюдения, выполненные с использованием спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), и крупномасштабные изображения галактики и ветра. Эти данные помогут астрономам получить точный возраст звездных скоплений и определить, как долго длится каждая фаза звездообразования в галактиках со звездообразованием. Как всегда, эта информация может пролить свет на то, как подобные фазы происходили в ранней Вселенной, помогая формировать галактики, подобные нашей. Как резюмировал Боллато:
«Наблюдение Уэббом M82, более близкой к нам цели, является напоминанием о том, что телескоп превосходно изучает галактики на всех расстояниях. 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».
Дальнейшее чтение: Космический телескоп Уэбба, МПиА
