Webb odsłania niezwykłą galaktykę ukształtowaną przez kosmiczne zderzenie

Nowe zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pokazują dobrze znaną galaktykę Centaurus A w zupełnie nowym świetle – dosłownie i w przenośni.
W podczerwieni widać gęsty tłum gwiazd, skomplikowane struktury pyłu oraz ślady dawnej kolizji dwóch galaktyk, która ukształtowała dzisiejszy wygląd tego aktywnego obiektu.

Kolorowa kompozycja obrazu Centaurus A z instrumentów NIRCam i MIRI: w centrum gęste pole gwiazd, wyraźny, skośny pas pyłu w kształcie równoległoboku przecinający jądro galaktyki oraz „esowate” struktury nad i pod nim, a na zewnątrz rozciągające się włókna materii o delikatnej, „pierzystej” fakturze. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI. Przetwarzanie obrazu: A. Pagan (STScI), J. Depasquale (STScI), M. Garcia Marin (Biuro ESA w STScI)

Galaktyka po zderzeniu

Centaurus A (NGC 5128) znajduje się około 11 milionów lat świetlnych od Ziemi, co czyni ją stosunkowo bliską w skali kosmicznej.
W przeciwieństwie do wielu sąsiednich galaktyk jest jednak bardzo żywa: w jej centrum pracuje aktywna supermasywna czarna dziura, a sama galaktyka nosi wyraźne blizny po wielkim zderzeniu sprzed około 2 miliardów lat.

W takiej kolizji dwie galaktyki dosłownie przenikają się – ich gwiazdy zwykle mijają się bez zderzeń, ale gaz i pył mieszają się, ściskają i pobudzają intensywne procesy gwiazdotwórcze.
Pozostałości po tamtym zderzeniu widać dziś w nietypowej strukturze Centaurus A oraz w trwającej do teraz aktywności jej jądra.

Co widzi Webb w podczerwieni?

Hubble w świetle widzialnym pokazywał przede wszystkim masywne pasma pyłu, które zasłaniały centralne rejony galaktyki, a Spitzer w podczerwieni ujawniał szerokie struktury, ale bez rozdzielania pojedynczych gwiazd.
Webb łączy oba podejścia: jego czułość w bliskiej i średniej podczerwieni pozwala zajrzeć przez pył i jednocześnie rozdzielić miliony gwiazd w samym sercu Centaurus A.

Na nowych obrazach widać m.in. dziwny, wygięty pas pyłu przypominający równoległobok przecinający centrum galaktyki oraz delikatne obłoki materii rozciągające się daleko na zewnątrz.
Jeszcze bardziej intrygujący jest esowaty kształt struktur widoczny w danych z instrumentu MIRI, który rodzi pytania o to, jak dokładnie oddziałuje z nimi czarna dziura i fala formowania gwiazd po zderzeniu galaktyk.

W obrazie MIRI wiele czerwonych punkcików to obszary bogate w pył: stare gwiazdy zrzucające materię do otoczenia oraz żłobki, w których rodzą się nowe gwiazdy.
Ten kosmiczny pył jest budulcem przyszłych generacji gwiazd i planet, a Webbowi udaje się prześledzić jego rozmieszczenie w skali całej galaktyki.

Galaktyczna archeologia – zapis w gwiazdach

Ziarnisty wygląd obrazu Webba to tak naprawdę gęste pole pojedynczych gwiazd, które niosą w sobie informacje o historii Centaurus A.
Dzięki rozdzielczości teleskopu astronomowie mogą badać jej jądro gwiazda po gwieździe, analizując, kiedy powstały najstarsze populacje, kiedy tempo formowania gwiazd spadało, a kiedy znów przyspieszyło w wyniku kolizji.

To swoista galaktyczna archeologia: z rozkładu wieku i składu gwiazd można odtworzyć kalendarz najważniejszych wydarzeń w życiu galaktyki.
Webb daje tu wyjątkową przewagę – łączy głębię (sięgając do bardzo słabych gwiazd) z ostrością potrzebną do rozdzielenia ich w tak zatłoczonym środowisku.

Czarna dziura w akcji

Webb nie tylko fotografuje Centaurus A, ale także podsłuchuje ruch gazu za pomocą spektroskopii, czyli rozkładu światła na widmo.
Analiza przesunięć linii widmowych pozwala mierzyć prędkości gazu i odróżnić zjonizowany materiał wypychany przez aktywną czarną dziurę od cieplejszego wodoru molekularnego krążącego w zniekształconym dysku wokół centrum.

Takie obserwacje dotykają jednego z kluczowych pytań współczesnej astrofizyki: w jaki sposób supermasywne czarne dziury wpływają na całe galaktyki.
Okazuje się, że ich rola jest dwuznaczna – potrafią ściskać gaz i inicjować nowe epizody formowania gwiazd, ale też wywiewać materię z regionów centralnych, hamując dalsze procesy gwiazdotwórcze.

Centaurus A jest pod tym względem idealnym laboratorium, bo łączy bliskość (jak na aktywną galaktykę) z dramatyczną historią zderzenia i bardzo jasnym jądrem.
Webb pozwala zobaczyć tę złożoną dynamikę w niespotykanych dotąd szczegółach – od struktur pyłu po ruch gazu.

Cztery lata nauki z Webbem

Nowe zdjęcie Centaurus A to część świętowania czwartej rocznicy pracy naukowej teleskopu Jamesa Webba.
W ciągu ostatniego roku Webb dostarczył m.in. mocnych dowodów na istnienie planety w układzie Alfa Centauri, zidentyfikował setki soczewek grawitacyjnych w głębokich przeglądach oraz zbadał górną atmosferę i zorze polarne na Uranie.

W bardzo wczesnym Wszechświecie Webb odkrył czarną dziurę, która najprawdopodobniej powstała przed swoją galaktyką, oraz najwcześniejszą znaną supernową – zaledwie 730 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Naukowcy przedstawili też najmocniejsze jak dotąd dowody na istnienie tzw. gwiazd Hawkinga – hipotetycznych obiektów, w których energię mogłaby dostarczać czarna dziura, a nowe spojrzenie na Ultragłębokie Pole Hubble’a odsłoniło tysiące odległych galaktyk z początków kosmicznej historii.

Centaurus A wpisuje się w ten imponujący katalog jako przykład na to, że nawet dobrze znane, klasyczne obiekty potrafią zaskoczyć, kiedy spojrzymy na nie z nową czułością i w innym zakresie fal.
Dalsze analizy danych z Webba – zarówno obrazów, jak i widm – mają pomóc w precyzyjnym odtworzeniu ewolucji tej galaktyki oraz roli jej czarnej dziury w kształtowaniu otoczenia.