Телескоп Джеймс Уэбб увидел запутанные сети пыли и газа в ближайших галактиках
Астрономы, использующие космический телескоп Джеймс Уэбб, впервые увидели звездообразование, газ и пыль в близлежащих галактиках с беспрецедентным разрешением в инфракрасном диапазоне.
Полученные данные дают новое представление о том, как некоторые из процессов в нашей Вселенной — начало звездообразования — влияют на эволюцию крупнейших объектов в космосе: галактик.
Обзор близлежащих галактик за первый год научной деятельности Уэбба проводится коллаборацией «Физика с высоким угловым разрешением в ближайших галактиках» (PHANGS), в которой участвуют более 100 исследователей со всего мира.
Команда изучает разнообразную выборку из 19 спиральных галактик, и в первые несколько месяцев научной деятельности Уэбба были проведены наблюдения за пятью из этих целей — M74, NGC 7496, IC 5332, NGC 1365 и NGC 1433. Результаты уже поразили астрономов.
«Ясность, с которой мы видим тонкую структуру, безусловно, застала нас врасплох», — сказал член команды Дэвид Тилкер из Университета Джона Хопкинса.
«Мы непосредственно видим, как энергия образования молодых звезд влияет на газ вокруг них, и это просто замечательно».
Изображения, полученные с помощью прибора Уэбба в среднем инфракрасном диапазоне (MIRI), показывают наличие в этих галактиках сети высокоструктурированных элементов — светящихся полостей из пыли и огромных пузырей газа, выстилающих спиральные рукава.
Тусклость при обычном взгляде связана с тем, что сгустки пыли и газа в межзвездной среде поглощают свет от формирующихся звезд и излучают его обратно в инфракрасном диапазоне. Изображение NGC 1433, сделанное Уэббом, наглядно демонстрирует, как динамические процессы, связанные с формированием звезд, влияют на большую структуру всей галактики.
В центре галактики плотное, яркое ядро с уникальной структурой двойного кольца сияет в мельчайших деталях. В данном случае это «двойное кольцо» на самом деле представляет собой плотно закрученные спиральные рукава, которые образуют овал вдоль перемычки галактики.
NGC 1433 — это сейфертовская галактика, которая находится относительно близко к Земле и имеет сверхмассивную черную дыру в центре, пожирающую материал с высокой скоростью. NGC 1433 находится на расстоянии более 46 миллионов лет от Земли в созвездии Часов. © NASA, ESA, CSA, Janice Lee (NOIRLab) IMAGE PROCESSING: Alyssa Pagan (STScI)
В некоторых областях наблюдаемых близлежащих галактик эта сеть особенностей кажется состоящей как из отдельных, так и из перекрывающихся оболочек и пузырей, где молодые звезды выделяют энергию.
«Области, которые полностью затемнены на изображении Хаббла, подсвечиваются в мельчайших деталях на этих новых инфракрасных изображениях, что позволяет нам изучать, как пыль в межзвездной среде поглощает свет от формирующихся звезд и излучает его обратно в инфракрасном диапазоне, освещая сложную сеть из газа и пыли», — говорят ученые.
Изображения с высоким разрешением, необходимые для изучения этих структур, долгое время ускользали от астрономов, пока не появился Уэбб.
Команда PHANGS провела годы, наблюдая за этими галактиками в оптическом, радио- и ультрафиолетовом диапазонах, используя космический телескоп «Хаббл», комплекс телескопов в Атакаме и многоблочный спектроскопический исследователь VLT. Но самые ранние стадии жизненного цикла звезд оставались вне поля зрения, потому что этот процесс окутан газовыми и пылевыми облаками.
Мощные инфракрасные возможности Уэбба смогли проникнуть сквозь пыль, чтобы соединить недостающие части головоломки.
Превосходное разрешение Уэбба также фиксирует несколько чрезвычайно ярких звездных скоплений недалеко от ядра и недавно сформировавшиеся скопления вдоль внешних краев перемычки, соединяющейся со спиральными рукавами.
Кроме того, изображения Уэбба дают представление о том, как меняются орбиты звезд и газа в зависимости от того, где они формируются, и как это приводит к популяции более старых скоплений за пределами внутреннего кольца звездообразования.
NGC 1365 — спиральная галактика с двойной перемычкой, расположенная на расстоянии около 56 миллионов световых лет от Земли в созвездии Печи. Это одна из крупнейших галактик, известных в настоящее время астрономам, ее длина в два раза превышает длину Млечного Пути. © NASA, ESA, CSA, Janice Lee (NOIRLab) IMAGE PROCESSING: Alyssa Pagan (STScI)
Например, определенные длины волн, наблюдаемые с помощью MIRI (7,7 и 11,3 микрона) и камеры ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (3,3 микрона), чувствительны к излучению полициклических ароматических углеводородов, которые играют решающую роль в формировании звезд и планет. Эти молекулы были обнаружены Уэббом в первых наблюдениях по программе PHANGS.
Изучение этих взаимодействий в самом мелком масштабе может помочь понять более широкую картину того, как галактики развивались с течением времени.
Команда PHANGS будет работать над созданием и выпуском наборов данных, которые согласуют данные Уэбба с каждым из дополнительных наборов данных, полученных ранее из других обсерваторий, чтобы помочь ускорить изучение более широким астрономическим сообществом.
«Благодаря разрешению телескопа мы впервые можем провести полную перепись звездообразования и провести инвентаризацию межзвездных средних пузырьковых структур в ближайших галактиках за пределами Местной группы», — говорят ученые.
«Эта перепись поможет нам понять, как звездообразование и его обратная связь отпечатываются в межзвездной среде, а затем порождают следующее поколение звезд или как они на самом деле препятствуют формированию следующего поколения звезд».