Webb zagląda w żłobek gwiazd w obłoku molekularnym Oriona

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba znów wraca do gwiazdozbioru Oriona – tym razem, by zajrzeć za dobrze znaną mgławicę M42 i zobaczyć wszystkie etapy narodzin gwiazd w jednym kadrze. Na nowym zdjęciu, wybranym jako Picture of the Month, widać obszar OMC‑2 – fragment gigantycznego obłoku molekularnego Orion A, w którym od protogwiazd po młode gwiazdy z dyskami tworzy się całe pokolenie nowych słońc. Dzięki czułości Webba w podczerwieni astronomowie mogą śledzić, jak młode obiekty rozświetlają, rozrywają i rzeźbią chmury gazu i pyłu, z których powstały.

Orion A – fabryka młodych gwiazd

Orion A to rozległy, setki lat świetlnych długi obłok molekularny, z którego najbardziej znaną częścią jest Mgławica Oriona (M42). Nowe obserwacje Webba celują jednak nie w samą mgławicę, lecz w znajdujący się za nią, długi włókienkowaty pas zimnego gazu i pyłu zwany Obłokami Molekularnymi Oriona (Orion Molecular Clouds, OMC‑1 do OMC‑4). Pokazany fragment dotyczy północnej części OMC‑2, oddalonej o około 1280 lat świetlnych od Ziemi i położonej nieco na północ od Mgławicy Oriona. W jednym ujęciu, obejmującym obszar rozciągający się na około 150 lat świetlnych, mieści się cała liniowa fabryka gwiazd.

Tego typu obłoki molekularne są znacznie gęstsze od typowego ośrodka międzygwiazdowego, co pozwala na powstawanie złożonych cząsteczek i sprzyja zapadaniu się materii pod wpływem grawitacji. To właśnie tam rodzą się gwiazdy – w zimnych, gęstych zgrupowaniach gazu, dobrze osłoniętych przed promieniowaniem innych gwiazd.

Jak rodzi się gwiazda?

Najwcześniejszym stadium narodzin gwiazdy jest protogwiazda, czyli zagęszczenie materii w środku zapadającego się obłoku, otoczone wirującym dyskiem gazu i pyłu. Gaz z dysku spada na protogwiazdę, rozgrzewając się i zasilając jej świecenie – większość energii w tym okresie pochodzi jeszcze z akrecji, a nie z reakcji termojądrowych. Jednocześnie układ wyrzuca nadmiar momentu pędu poprzez potężne, wąskie strumienie gazowe, które startują wzdłuż osi obrotu protogwiazdy i przebijają się przez otaczający obłok.

Na obrazach w podczerwieni takie młode obiekty zdradzają się często nie samą gwiazdą, lecz właśnie symetrycznymi wypływami – parą świecących, przeciwległych struktur, gdzie szybkie strumienie gazu zderzają się z gęstym ośrodkiem i tworzą fale uderzeniowe. W jednym polu widzenia OMC‑2 Webb rejestruje cały ciąg ewolucyjny: od najgłębiej ukrytych protogwiazd, znanych tylko po dżetach, przez młode gwiazdy z dyskami, aż po jasne, stosunkowo dojrzałe gwiazdy przed ciągiem głównym, które zdążyły już wydmuchać swoje kokony z gazu i pyłu.

Co dokładnie zobaczył Webb?

Do obserwacji OMC‑2 wykorzystano kamerę NIRCam, pracującą w zakresie bliskiej podczerwieni. Gęste chmury gazu i pyłu w Orionie całkowicie blokują światło widzialne z tego regionu, dlatego bez podczerwieni obszar ten byłby dla teleskopów optycznych praktycznie niewidoczny. Webb potrafi jednak zajrzeć przez zasłony pyłu – w wielu miejscach protogwiazdy po raz pierwszy wychodzą z cienia i pojawiają się jako słabe, ale wyraźne źródła.

Na obrazie najgęstsze, najzimniejsze skupiska pyłu tworzą ciemne, brunatne globule, w których prawie całe światło zostaje pochłonięte. Cieplejszy pył, częściowo pochłaniający i częściowo emitujący promieniowanie, zaznacza się w odcieniach pomarańczu, brązu i czerwieni. Charakterystyczna żółto‑zielona poświata to emisja cząsteczek organicznych z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (PAH), wzbudzanych przez promieniowanie młodych gwiazd. Niebieska i cyjanowa mgiełka to przede wszystkim światło gwiazd i protogwiazd rozpraszane na drobinkach pyłu.

Najbardziej spektakularne są jednak czerwone, postrzępione grzbiety – to obszary gazu podgrzanego przez fale uderzeniowe, gdy dżety z młodych gwiazd zderzają się z otaczającą materią. Zbliżenia pozwalają śledzić zarówno duże, rozciągłe wypływy, jak i drobne, świeżo uformowane dżety od najwcześniejszych protogwiazd, ledwo wychylających się z kokonów.

Laboratorium narodzin gwiazd i planet

Dane z OMC‑2 (oraz sąsiedniego OMC‑3) zebrano w ramach programu obserwacyjnego nr 5804, którego celem jest szczegółowe zbadanie formowania się gwiazd w tych bliskich obłokach molekularnych. Ponieważ znajdują się one stosunkowo niedaleko Ziemi, stanowią idealne laboratorium do śledzenia najwcześniejszych etapów ewolucji gwiazd i ich dysków protoplanetarnych. Astronomowie chcą m.in. zrozumieć, jak liczne wypływy gazu wpływają na dalsze powstawanie gwiazd w otoczeniu – czy pobudzają kolejne zapadania się obłoków, czy raczej gaszą proces, rozdmuchując i rozrzedzając gaz.

Kolejny cel to zbadanie, jak promieniowanie ultrafioletowe młodych gwiazd zmienia chemię w dyskach wokół nich, z których z czasem mogą tworzyć się planety. Właśnie w takich dyskach decyduje się, jakie cząsteczki – woda, gazy, związki organiczne – będą dostępne dla rodzących się światów, co ma kluczowe znaczenie dla ich późniejszego składu i potencjalnej gościnności. Webb, jako teleskop zaprojektowany do badania powstawania gwiazd, planet oraz pierwszych galaktyk we Wszechświecie, idealnie wpisuje się w takie programy obserwacyjne.

Zrozumienie, jak szybko młode gwiazdy oczyszczają swoje otoczenie i jak ich wypływy oraz promieniowanie rzeźbią obłok, pomaga też lepiej interpretować obserwacje innych galaktyk, gdzie widzimy już tylko sumaryczne efekty wielkoskalowego formowania gwiazd. Orion A i jego obłoki molekularne to więc nie tylko piękne zdjęcie w 4K, ale kluczowy fragment układanki o tym, jak w naszym kosmicznym sąsiedztwie powstają nowe gwiezdne pokolenia.

---

Źródła

• Główne źródło: ESA/Webb – Webb unveils young stars across every stage of formation,
• ESA,
• Renfrewshire Astronomical Society – Webb unveils young stars across every stage of formation

Opracowanie: Agnieszka Nowak