De oogverblindende gloed van jonge sterren domineert beelden van de gigantische sterrenkraamkamer NGC 346, in het naburige dwergstelsel genaamd de Kleine Magelhaense Wolk. Maar deze fotogenieke schoonheid is meer dan alleen een 'mooi gezicht'.

NGC 346 is een nabije proxy voor de talloze stervormingsgebieden die bestonden toen het heelal een paar miljard jaar na de oerknal in vuur en vlam stond met stervorming. Astronomen hebben geen telescopen die krachtig genoeg zijn om de details van stervorming in deze verre "babyboom"-sterrenstelsels te bestuderen. De Hubble-ruimtetelescoop heeft NGC 346 in beeld gebracht om de optisch heldere sterren te identificeren. Echter, om het stervormingsproces te begrijpen, moeten astronomen door de stoffige sterrenkraamkamers kijken. Waarnemers zullen de scherpe infraroodvisie van NASA's James Webb Space Telescope gebruiken om NGC 346 te bestuderen, wat hen zou kunnen helpen een duidelijker beeld te krijgen van hoe de sterrenstelsels van lang geleden met zo'n enorme snelheid sterren voortbrachten.

Webb zal astronomen in staat stellen een ongekende, gedetailleerde analyse van een stervormingsgebied met een tekort aan elementen zwaarder dan waterstof en helium. In het zeer vroege heelal waren alleen waterstof en helium (gekookt in de oerknal) beschikbare grondstoffen voor stervorming. Volgende generaties sterren creëerden zwaardere elementen in hun kernen door middel van kernfusie en door supernova-explosies. Deze elementen, zoals koolstof, stikstof, en zuurstof, worden gerecycled door volgende generaties sterren, planeten, en in het geval van de aarde, alle vormen van leven.

Een ander verband tussen NGC 346 en de hoogtijdagen van de stervorming is de grote hoeveelheid jonge, massieve sterren die in deze vruchtbare gebieden verblijven. Deze stellaire reuzen richten grote schade aan in hun omgeving door verschroeiende ultraviolette straling en krachtige stellaire winden (stromen van geladen deeltjes) los te laten. De energie van deze "pestende" monstersterren kan stervormende wolken van gas en stof vernietigen en de schijven die de sterren omringen waar planeten zich kunnen vormen, verstoren.

"De Kleine Magelhaense Wolk zou een lokaal astrofysisch laboratorium kunnen zijn om processen te bestuderen die plaatsvonden tijdens het piektijdperk van stervorming, omdat die vroege sterrenstelsels veel massieve sterren bevatten en een tekort aan zwaardere elementen hadden, " zei hoofdonderzoeker Margaret Meixner, van het Space Telescope Science Institute en de Johns Hopkins University, zowel in Baltimore, Maryland. "De vragen zijn wat het proces van stervorming is in sterrenstelsels zonder zwaardere elementen en hoe stervorming daar anders is dan stervorming in de Melkweg, die zwaardere elementen bevat? Je moet een telling krijgen van alle vormende sterren om deze vragen te beantwoorden."

Een telling van sterren met een kleinere massa

De Melkweg bevat ongeveer 25 procent meer zwaardere elementen dan de Kleine Magelhaense Wolk. Er zijn talloze onderzoeken uitgevoerd naar de vorming van sterren in de melkweg die rijk is aan zwaardere elementen. Maar Melkwegsterren zijn dichtbij, terwijl de sterren in de Kleine Magelhaense Wolk te ver weg zijn om ze allemaal in detail te bestuderen. "We hopen echt het NGC 346-gebied te bestuderen op de schaal waarop we stervorming in ons Melkwegstelsel hebben kunnen bestuderen, " voegde teamlid Isha Nayak van de Johns Hopkins University in Baltimore toe, Maryland. "Het is moeilijk om dingen op te lossen, zelfs in nabijgelegen sterrenstelsels zoals de Kleine Magelhaense Wolk, op dezelfde manier als we in onze eigen buurt kunnen doen. Een vraag die we willen beantwoorden is:ontwikkelen al deze sterren zich op dezelfde manier?"

De Webb-waarnemingen zullen het werk voortzetten dat is begonnen door astronomen met behulp van telescopen zoals de Herschel Space Observatory en NASA's Spitzer Space Telescope. De waarnemingen van Spitzer en Herschel leverden een telling op van de massieve sterren die zich in NGC 346 vormden, die acht keer de massa van onze zon of groter zijn. Maar Webb's Near-Infrared Camera (NIRCam) en Mid-Infrared Imager (MIRI) instrumenten hebben de scherpte om de kleinere sterren te vangen, van acht zonsmassa's tot minder dan een zonnemassa. Astronomen zullen dan de volledige massadistributie van sterren in NGC 346 hebben. De Webb-telling kan wel 10, 000 jong, in stof gehulde jonge sterren, velen van hen zijn minder dan een miljoen jaar oud.

Stoffig onderzoeken, Planeetvormende schijven

Sommige van de jonge sterren in NGC 346 hebben protoplanetaire schijven om hen heen, waar planeten kunnen ontstaan. Onderzoekers zullen NIRCam en de MIRI-imager gebruiken om de emissie van nabij-infrarood stof in deze schijven te detecteren. "We zullen kunnen bepalen of deze schijven vergelijkbaar zijn met de soorten schijven die we in onze lokale zonneomgeving zien die planetaire systemen vormen, "Zei Meixner. "En, we hopen te antwoorden of planetaire systemen zich kunnen vormen in gebieden met een tekort aan zwaardere elementen of in zeer extreme stervormingsomstandigheden."

Het kan moeilijker zijn om planeten te maken in omgevingen waar grotendeels zwaardere elementen ontbreken. "Als je een omgeving hebt met een tekort aan zwaardere elementen, de ultraviolette straling van zware sterren kan veel dieper doordringen in een moleculaire gaswolk waar sterren zich vormen, dus het is moeilijk voor sterren met een lage massa, laat staan ​​planeten, in een dergelijke omgeving te vormen, ' zei Najak.

Stof kan voor veel mensen hinderlijk zijn, maar het is belangrijk voor stervorming. Het helpt om de dichte, koud, gaswolk waarin sterren worden gevormd door verzengende straling en harde stellaire winden die de wolk zouden kunnen verscheuren. "Stof speelt een belangrijke rol bij het bieden van een veilige haven voor een stellaire kwekerij, ' legde Meixner uit.

Webb's spectrografen zullen de dichtste, stoffigste gebieden waar stervorming plaatsvindt en zullen de evolutie van de protoplanetaire schijven onderzoeken. "De vraag is wat je nodig hebt om sterren te vormen?" zei Meixner. "Misschien zullen we een verband vinden tussen stervorming en zijn omgeving."

De hier beschreven waarnemingen zullen worden gedaan als onderdeel van Webb's Guaranteed Time Observation (GTO)-programma. Het GTO-programma biedt toegewijde tijd aan de wetenschappers die met NASA hebben samengewerkt om de wetenschappelijke en instrumentele capaciteiten van Webb tijdens zijn ontwikkeling te ontwikkelen.

De James Webb Space Telescope wordt 's werelds belangrijkste ruimtewetenschappelijke observatorium wanneer hij in 2021 wordt gelanceerd. Webb zal mysteries van ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren, en onderzoek de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal project onder leiding van NASA met zijn partners, de European Space Agency (ESA) en de Canadian Space Agency.