Webb zagląda do żłobków gwiazd w galaktyce M51
Gęste, świecące na czerwono obłoki i gromady młodych gwiazd rozsiane w ramieniu spiralnym M51 – tak wygląda fragment słynnej Galaktyki Wir zarejestrowany w podczerwieni przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba w ramach dużego programu FEAST. To część badań prawie 9 tysięcy młodych gromad gwiazd w czterech pobliskich galaktykach, które pokazują, że najmasywniejsze gromady najszybciej wychodzą z kokonu gazu i pyłu, zaczynając zalewać swoje galaktyki ultrafioletem.
Źródło: ESA/Webb, NASA i CSA, A. Adamo (Uniwersytet w Sztokholmie) i zespół FEAST JWST
Jak Webb i Hubble śledzą narodziny gromad
Nowe wyniki pochodzą z programu FEAST (Feedback in Emerging extrAgalactic Star clusTers), w którym astronomowie wykorzystują jednocześnie Teleskop Webba i Hubble’a do śledzenia gromad gwiazd w różnych fazach życia. Mierzą, ile światła pochodzącego od wodoru i pyłu wciąż otacza młode gromady oraz jak zmienia się ich jasność i barwy w podczerwieni.
W badaniu przeanalizowano prawie 9 tysięcy gromad w czterech pobliskich galaktykach spiralnych: M51, M83, NGC 628 i NGC 4449. Hubble dostarcza ostre obrazy w świetle widzialnym, a Webb – bardzo czułe zdjęcia w bliskiej i średniej podczerwieni, w tym emisję z cząsteczek węgla (PAH), które świecą na czerwono wokół miejsc rodzenia się gwiazd.
M51, którą widzimy na opublikowanym przez NASA kadrze, jest jednym z czterech laboratoriów FEAST – spektakularną galaktyką spiralną z dobrze rozwiniętymi ramionami i aktywnymi obszarami gwiazdotwórczymi.
Gromady gwiazd – od zapylonego kokonu do odsłoniętej gromady
Młode gromady gwiazd rodzą się wewnątrz gęstych obłoków gazu i pyłu, które początkowo skutecznie zasłaniają ich światło w świetle widzialnym. Dopiero gdy w nowo utworzonych gwiazdach zapłonie wodór, ich promieniowanie i wiatr gwiazdowy zaczynają rozpychać i rozpraszać otaczający je materiał.
Analiza zespołu FEAST pokazuje, że najmasywniejsze gromady – zawierające setki tysięcy gwiazd – oczyszczają swoje otoczenie w zaledwie około 5 milionów lat. Mniej masywne gromady potrzebują na to wyraźnie więcej czasu: zwykle dopiero w wieku około 7–8 milionów lat są w pełni odsłonięte z resztek obłoku, w którym powstały.
Na obrazach Webba widać ten proces bardzo plastycznie: obszary, w których świeci jeszcze wodór i czerwone emisje PAH, odpowiadają gromadom wciąż częściowo zanurzonym w gazie, podczas gdy bardziej nagie gromady jaśnieją głównie w gwiazdach, z wyraźnie słabszą poświatą gazu.
Co Webb mówi o strukturze galaktyk
Szybkie oczyszczanie otoczenia przez masywne gromady ma duże konsekwencje dla całej galaktyki. Najjaśniejsze i najbardziej masywne gromady najszybciej zaczynają produkować intensywne promieniowanie ultrafioletowe, które jonizuje gaz w ich otoczeniu i może hamować bądź przesuwać w przestrzeni dalsze procesy gwiazdotwórcze.
Zespół FEAST wykazał też, że rozmieszczenie młodych gromad jest hierarchiczne: najmłodsze skupiska gwiazd tworzą zgrupowania i łańcuchy, które z czasem rozmywają się w bardziej losowy rozkład w skali całej galaktyki. Po około 100 milionach lat ślady takiego pogrupowania praktycznie zanikają, a gromady są już znacznie bardziej rozmieszane.
Dane Webba pozwalają ponadto lepiej kalibrować wskaźniki tempa formowania gwiazd w średniej podczerwieni, co ma znaczenie dla interpretacji obserwacji galaktyk także w bardzo wczesnym Wszechświecie.
Dlaczego to ważne – i co dalej?
Zrozumienie, jak szybko gromady wychodzą z kokonu i jak wygląda ich ewolucja w pierwszych kilku milionach lat, jest kluczowe dla modeli powstawania gwiazd i planet. To właśnie w takich gromadach mogą powstawać układy planetarne – ale intensywne promieniowanie i fale uderzeniowe z młodych masywnych gwiazd mogą zarówno niszczyć, jak i kształtować dyski protoplanetarne.
Nowe badania pokazują też, że aby w pełni zrozumieć procesy gwiazdotwórcze, potrzebujemy obserwacji w szerokim zakresie długości fal – od optyki Hubble’a po podczerwień Webba. Zespół FEAST planuje rozszerzać analizę na kolejne regiony i łączyć dane z innymi instrumentami, co pozwoli jeszcze lepiej opisać sprzężenie zwrotne między młodymi gwiazdami a ich macierzystymi obłokami.
Źródła
Główne źródło:
- NASA image article: „Webb Studies Star Clusters”.
Źródła kontekstowe:
- ESA/Webb press release: Webb looks into the cradles of star clusters, finds massive clusters emerge faster,
- Nature Astronomy: The emerging timescale of young star clusters regulated by feedback,
- A. Adamo i in., FEAST: prace o młodych gromadach i emisji PAH w NGC 628 i innych galaktykach,
- FEAST analizy rozkładu przestrzennego gromad i kalibracji wskaźników tempa formowania gwiazd,
Opracowanie: Agnieszka Nowak
