Wetenschap
Webb onderzoekt een extreem sterrenstelsel
Een team van astronomen heeft NASA's James Webb-ruimtetelescoop gebruikt om het sterrenstelsel Messier 82 (M82) te onderzoeken. Dit sterrenstelsel, gelegen op een afstand van 12 miljoen lichtjaar in het sterrenbeeld Grote Beer, is relatief compact van formaat, maar herbergt een enorme hoeveelheid stervormingsactiviteiten. Ter vergelijking:M82 laat 10 keer sneller nieuwe sterren ontstaan dan het Melkwegstelsel.
Onder leiding van Alberto Bolatto van de Universiteit van Maryland, College Park, stuurde het team het NIRCam-instrument (Near-Infrared Camera) van Webb naar het centrum van het starburst-stelsel, waardoor de fysieke omstandigheden die de vorming van nieuwe sterren bevorderen van dichterbij werden bekeken.
“M82 heeft door de jaren heen een verscheidenheid aan waarnemingen verzameld omdat het kan worden beschouwd als het prototypische starburst-stelsel”, zegt Bolatto, hoofdauteur van het onderzoek. "Zowel NASA's Spitzer- als Hubble-ruimtetelescopen hebben dit doel waargenomen. Met de grootte en resolutie van Webb kunnen we naar dit stervormende sterrenstelsel kijken en al deze prachtige, nieuwe details zien."
Een levendige gemeenschap van sterren
Stervorming blijft een gevoel van mysterie behouden omdat het omgeven is door gordijnen van stof en gas, waardoor een obstakel ontstaat bij het observeren van dit proces. Gelukkig is Webbs vermogen om in het infrarood te kijken een troef bij het navigeren door deze duistere omstandigheden. Bovendien werden deze NIRCam-beelden van het centrum van de starburst verkregen met behulp van een instrumentmodus die verhinderde dat de zeer heldere bron de detector overweldigde.
Terwijl donkerbruine strengen van zwaar stof zelfs in dit infraroodbeeld door de gloeiende witte kern van M82 lopen, heeft Webbs NIRCam een detailniveau onthuld dat historisch gezien verborgen is gebleven. Als we dichter naar het midden kijken, duiden kleine, in het groen afgebeelde stipjes geconcentreerde ijzergebieden aan, waarvan de meeste supernovaresten zijn. Kleine vlekken die rood lijken, duiden op gebieden waar moleculair waterstof wordt verlicht door de straling van een nabijgelegen jonge ster.
"Dit beeld toont de kracht van Webb", zegt Rebecca Levy, tweede auteur van het onderzoek aan de Universiteit van Arizona, Tucson. "Elke witte stip in deze afbeelding is een ster of een sterrenhoop. We kunnen al deze kleine puntbronnen gaan onderscheiden, waardoor we een nauwkeurige telling kunnen krijgen van alle sterrenhopen in dit sterrenstelsel."
Structuur vinden in levendige omstandigheden
Als we M 82 op iets langere infrarode golflengten bekijken, kunnen we klonterige ranken, rood weergegeven, zien die zich boven en onder het vlak van de Melkweg uitstrekken. Deze gasvormige streamers zijn een galactische wind die uit de kern van de starburst stroomt.
Eén aandachtsgebied voor dit onderzoeksteam was het begrijpen hoe deze galactische wind, die wordt veroorzaakt door de snelle stervorming en daaropvolgende supernova's, wordt gelanceerd en de omringende omgeving beïnvloedt. Door een centraal deel van M82 op te lossen, kunnen wetenschappers onderzoeken waar de wind vandaan komt en inzicht krijgen in de interactie tussen warme en koude componenten in de wind.
Het NIRCam-instrument van Webb was zeer geschikt om de structuur van de galactische wind te volgen via emissie van roetachtige chemische moleculen die bekend staan als polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's). PAK's kunnen worden beschouwd als zeer kleine stofkorrels die overleven bij lagere temperaturen, maar worden vernietigd onder warme omstandigheden.
Tot grote verbazing van het team benadrukt Webbs kijk op de PAK-emissie de fijne structuur van de galactische wind – een aspect dat voorheen onbekend was. De emissie, weergegeven als rode filamenten, strekt zich uit tot buiten het centrale gebied waar het hart van de stervorming zich bevindt. Een andere onverwachte vondst was de vergelijkbare structuur tussen de PAK-emissie en die van heet, geïoniseerd gas.
"Het was onverwacht om te zien dat de PAK-emissie op geïoniseerd gas leek", zegt Bolatto. "PAK's zouden niet erg lang leven als ze worden blootgesteld aan zo'n sterk stralingsveld, dus misschien worden ze voortdurend aangevuld. Het daagt onze theorieën uit en laat ons zien dat verder onderzoek nodig is."
Een pad naar voren verlichten
Webb's waarnemingen van M 82 in nabij-infraroodlicht roepen verdere vragen op over stervorming, waarvan het team een aantal hoopt te beantwoorden met aanvullende gegevens verzameld met Webb, waaronder die van een ander starburst-stelsel. Twee andere artikelen van dit team die de sterrenhopen en correlaties tussen windcomponenten van M82 karakteriseren, zijn bijna afgerond.
In de nabije toekomst zal het team spectroscopische waarnemingen van M82 van Webb gereed hebben voor analyse, evenals aanvullende grootschalige beelden van het sterrenstelsel en de wind. Spectrale gegevens zullen astronomen helpen bij het bepalen van de juiste leeftijd van de sterrenhopen en een gevoel geven van de timing van hoe lang elke fase van stervorming duurt in de omgeving van een starburst-stelsel. Op bredere schaal kan het inspecteren van de activiteit in sterrenstelsels als M82 het inzicht van astronomen in het vroege heelal vergroten.
‘Webbs observatie van M82, een doelwit dichter bij ons, herinnert ons eraan dat de telescoop uitblinkt in het bestuderen van sterrenstelsels op alle afstanden’, zegt Bolatto. ‘Naast het kijken naar jonge sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving, kunnen we ook naar doelen dichter bij huis kijken om inzicht te krijgen in de processen die hier plaatsvinden – gebeurtenissen die ook in het vroege heelal plaatsvonden.’
Deze bevindingen zijn geaccepteerd voor publicatie in The Astrophysical Journal en worden gepubliceerd op de arXiv preprint-server.